Question

氮化硼（BN）是一種重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂為起始物，經(jīng)過一系列反應可以得到BF₃和BN，如下圖所示：

請回答下列問題：

（1）       由B₂O₃制備BF₃、BN的化學方程式依次是_________、__________；

（2）       基態(tài)B原子的電子排布式為_________；B和N相比，電負性較大的是_________，BN中B元素的化合價為_________；

（3）       在BF₃分子中，F(xiàn)-B-F的鍵角是_______，B原子的雜化軌道類型為_______，BF3和過量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^－的立體結(jié)構(gòu)為_______；

（4）       在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學鍵為________，層間作用力為________；

（5）六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當，晶苞邊長為361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有______各氮原子、________各硼原子，立方氮化硼的密度是_______g·cm^-3（只要求列算式，不必計算出數(shù)值，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A）。

Answer 1

【解析】（1）由圖可知B₂O₃與CaF₂和H₂SO₄反應即生成BF₃，同時還應該產(chǎn)生硫酸鈣和水，方程式為B₂O₃＋3CaF₂＋3H₂SO₄2BF₃↑+3CaSO₄＋3H₂O；B₂O₃與氨氣在高溫下反應即生成BN，方程式為B₂O₃＋2NH₃2BN＋3H₂O；

（2）B的原子序數(shù)是5，所以基態(tài)B原子的電子排布式為1s²2s²sp¹；B和N都屬于第二周期，同周期自左向右電負性逐漸增大，所以B和N相比，電負性較大的是N，B最外層有3個電子，所以化合價是+3價；

（3）依據(jù)價層電子對互斥理論可計算出中心原子的孤電子對數(shù)＝1/2(a-xb)＝1/2(3-3×1)＝0，所以BF₃分子為平面正三角形結(jié)構(gòu)，F(xiàn)-B-F的鍵角是120°，雜化軌道類型為sp²；在BF₄^－中中心原子的孤電子對數(shù)＝1/2(a-xb)＝1/2(4-4×1)＝0，所以BF₄^－的結(jié)構(gòu)為正四面體。

（4）B、N均屬于非金屬元素，二者形成的化學鍵是極性共價鍵；而層與層之間靠分子間作用力結(jié)合。

（5）描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫做晶胞，金剛石晶胞是立方體，其中8個頂點有8個碳原子，6個面各有6個碳原子，立方體內(nèi)部還有4個碳原子，如圖所示。所以金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數(shù)＝8×1/8+6×1/2+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應該含有4個N和4個B原子。由于立方氮化硼的一個晶胞中含有4個N和4個B原子，其質(zhì)量是是，立方體的體積是(361.5cm)³，因此立方氮化硼的密度是 g·cm^-3。

【答案】（1）B₂O₃＋3CaF₂＋3H₂SO₄2BF₃↑+3CaSO₄＋3H₂O；

B₂O₃＋2NH₃2BN＋3H₂O；

（2）1s²2s²sp¹；N；+3.

（3）120°；sp²；正四面體。

（4）共價鍵（或極性共價鍵）；分子間作用力。

（5）