Question

【題目】3月調(diào)研）[化學(xué)——選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]氮化硼（ BN）是一種重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂（主要成分Na2B4O7）為起始物，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)可以得到BN和火箭高能燃料及有機(jī)合成催化劑BF3的過(guò)程如下：

（1）寫出由B203制備BF3的化學(xué)方程式 ，BF3中B原子的雜化軌道類型為____，BF3分子空間構(gòu)型為____。

（2）在硼、氧、氟、氮中第一電離能由大到小的順序是（用元素符號(hào)表示）____。

（3）已知：硼酸的電離方程式為H3B03 +H20 [B（OH）4] - +H+，試依據(jù)上述反應(yīng)寫出[ Al（ OH）4] -的結(jié)構(gòu)式____，并推測(cè)1mol NH4BF4（氟硼酸銨）中含有____個(gè)配位鍵。

（4）由12個(gè)硼原子構(gòu)成如圖1的結(jié)構(gòu)單元，硼晶體的熔點(diǎn)為1873℃，則硼晶體的1個(gè)結(jié)構(gòu)單元中含有____ 個(gè)B-B鍵。

（5）氮化硼（BN）晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼（晶體結(jié)構(gòu)如圖2）是通常存在的穩(wěn)定相可作高溫潤(rùn)滑劑。立方相氮化硼（晶體結(jié)構(gòu)如圖3）是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。

①關(guān)于這兩種晶體的說(shuō)法，不正確的是____（填字母）。

a．兩種晶體均為分子晶體

b．兩種晶體中的B-N鍵均為共價(jià)鍵

c．六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟

d．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大

②六方相氮化硼晶體內(nèi)B-N鍵數(shù)與硼原子數(shù)之比為__ __，其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電，原因是____。

③立方相氮化硼晶體中，每個(gè)硼原子連接____個(gè)六元環(huán)。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300 km的古地殼中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一礦物形成事實(shí)，推斷實(shí)驗(yàn)室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是 。

Answer 1

【答案】（1） sp2 （1分）； 平面正三角形 （1分）

（2）F＞N＞O＞B （1分）

（4）30 （2分）

（5）①ad （2分）；

②3:1 （1分）；立方氮化硼晶體內(nèi)無(wú)自由移動(dòng)的電子 （1分）

③1 2 （1分）；高溫、高壓 （1分）

【解析】

試題分析： （1）由工藝流程可知，B203和硫酸和氟化鈣反應(yīng)生成三氟化硼，根據(jù)氧化還原反應(yīng)、質(zhì)量守恒可得由B203制備BF3的化學(xué)方程式為：B2O3+3CaF2+2H2SO4＝2BF3↑+3CaSO4+2H2O,答案為：B2O3+3CaF2+2H2SO4＝2BF3↑+3CaSO4+2H2O；BF3分子中B原子上含有三個(gè)б鍵，B原子上的孤電子對(duì)數(shù)為：，所以BF3分子中VSEPR模型為平面三角形，B原子上沒(méi)有孤店子，所以BF3分子空間構(gòu)型為平面三角形，B原子的雜化軌道類型為sp2雜化，答案為：sp2 平面三角形；（2）硼、氧、氟、氮位于同一周期，從左到右第一電離能總的變化趨勢(shì)逐漸的增大，但由于氮原子2p能級(jí)上為半滿，能量較低，第一電離能大于氧原子的，第一電離能由大到小的順序是F＞N＞O＞B，答案為：F＞N＞O＞B；（3） 硼酸的電離方程式為H3B03 +H20 [B（OH）4] - +H+，氫氧根提供一對(duì)孤電子，三氟化硼中的硼原子提供空軌道形成了一個(gè)配位鍵，硼和鋁同主族，所以[ Al（ OH）4] -的結(jié)構(gòu)式為；一個(gè)銨根離子中含有1個(gè)配位鍵，一個(gè)氟硼酸根離子中含有1個(gè)配位鍵，所以1mol NH4BF4（氟硼酸銨）中含有2NA個(gè)配位鍵，答案為： 2NA；（4）由12個(gè)硼原子構(gòu)成如圖1的結(jié)構(gòu)單元，從圖上可以看出B原子和B-B鍵的個(gè)數(shù)比為2:5，所以硼晶體的1個(gè)結(jié)構(gòu)單元中含有30個(gè)B-B鍵，答案為：30；（5）氮化硼（BN）晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼（晶體結(jié)構(gòu)如圖2）結(jié)構(gòu)和石墨相似，屬于混合型晶體，每層內(nèi)B-N為共價(jià)鍵，每層間為范德華力，層間作用力小，所以質(zhì)地軟，是通常存在的穩(wěn)定相可作高溫潤(rùn)滑劑。立方相氮化硼（晶體結(jié)構(gòu)如圖3）結(jié)構(gòu)和金剛石的相似，構(gòu)成晶體的微粒為原子，原子間通過(guò)共價(jià)鍵鏈接，共價(jià)鍵的作用力較大，所以硬度大，是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，B和N間都是單鍵，只存在б鍵，所以不正確的為ad，答案為ad；②六方相氮化硼晶體內(nèi)B-N鍵數(shù)與硼原子數(shù)之比為3:1，其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電，原因是立方氮化硼晶體內(nèi)無(wú)自由移動(dòng)的電子，答案為：3:1 立方氮化硼晶體內(nèi)無(wú)自由移動(dòng)的電子；③從立方相氮化硼晶體結(jié)構(gòu)可以看出，每個(gè)硼原子連接12個(gè)六元環(huán)。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300 km的古地殼中被發(fā)現(xiàn)說(shuō)明形成這一礦物需要高溫高壓，推斷實(shí)驗(yàn)室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是高溫、高壓，答案為：12 高溫高壓。