Question

由Cu、N、B等元素組成的新型材料有著廣泛用途．
（1）基態(tài)Cu⁺的核外電子排布式為

 

．在高溫下CuO能分解生成Cu₂O，試從原子結(jié)構(gòu)角度解釋其原因：

 

．
（2）立方氮化硼是一種新型的超硬、耐磨、耐高溫的結(jié)構(gòu)材料，它屬于

 

晶體．
（3）化合物A （H₃BNH₃） 是一種潛在的儲氫材料，它可由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得．
①與上述化學方程式有關(guān)的敘述不正確的是

 

．（填標號）
A．反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型不變
B．CH₄、H₂O、CO₂分子空間構(gòu)型分別是：正四面體形、V形、直線形
C．第一電離能：N＞O＞C＞B
D．化合物A中存在配位鍵
②1個（HB=NH）₃分子中有

 

個σ鍵．
（4）在硼酸鹽中，陰離子有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)形式．圖（a）是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，則多硼酸根離子符號為

 

．圖（b）是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中硼原子采取的雜化類型為

 

．

Answer 1

考點：原子核外電子排布,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：化學鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）Cu原子失去1個電子生成Cu⁺，Cu⁺核外有28個電子，失去的電子數(shù)是其最外層電子數(shù)，根據(jù)構(gòu)造原理書寫Cu⁺基態(tài)核外電子排布式，軌道處于全空、半滿或全滿時最穩(wěn)定；
（2）氮化硼是一種超硬、耐磨、耐高溫的物質(zhì)，熔化時所克服的微粒間的作用力為共價鍵，則氮化硼屬于原子晶體；
（3）①由方程式可知：碳元素由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp；
②根據(jù)無機苯中氮原子和硼原子都采取sp2雜化分析；
（4）有1個O連著一個B，剩余的兩個O分別連著2個B，說明有一個O完全屬于B，剩下的兩個O，B只占有O的

1

2

；硼砂晶體中陰離子[B₄O₅（OH）₄]^2-中一半sp³雜化形成BO₄四面體；另一種是sp²雜化形成BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)．

解答： 解：（1）Cu原子失去1個電子生成Cu⁺，Cu⁺核外有28個電子，失去的電子數(shù)是其最外層電子數(shù)，根據(jù)構(gòu)造原理知Cu⁺基態(tài)核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ，原子軌道處于全空、半滿或全滿時最穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)上Cu²⁺為3d⁹，而Cu⁺為3d¹⁰全充滿更穩(wěn)定，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ；結(jié)構(gòu)上Cu²⁺為3d⁹，而Cu⁺為3d¹⁰全充滿更穩(wěn)定；   
（2）氮化硼是一種新合成的結(jié)構(gòu)材料，它是一種超硬、耐磨、耐高溫的物質(zhì)，熔化時所克服的微粒間的作用力為共價鍵，則氮化硼屬于原子晶體，
故答案為：原子；
（3）①3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃，
A．由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp，反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型已經(jīng)改變，故A錯誤；
B．CH₄分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+

1

2

×（4-4×1）=4，且不含孤電子對，所以其空間構(gòu)型是正四面體，H₂O中價層電子對個數(shù)=2+

1

2

×（6-2×1）=4，且含有2個孤電子對，所以H₂O的VSEPR模型為四面體，分子空間構(gòu)型為V型，、CO₂分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=2+

1

2

×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直線型結(jié)構(gòu)，故B正確；
C．同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，這幾種元素都是第二周期元素，它們的族序數(shù)分別是：第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIA族，所以它們的第一電離能大小順序是I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C）＞I₁（B），故C正確；
D．B一般是形成3個鍵，（H₃BNH₃）由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得，其中1個鍵是配位鍵，故D正確；
故答案為：A；     
②1個（HB=NH）₃分子中硼原子與氮原子間以σ鍵結(jié)合，而剩余的p軌道形成一個共軛大π鍵．B-H鍵有3個，N-H鍵有3個，B-N有σ鍵有6個，故一共12個；
故答案為：12；
（4）圖（a）是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，從圖可看出，每個BO₃^2-單元，都有一個B，有一個O完全屬于這個單元，剩余的2個O分別為2個BO₃^2-單元共用，所以B：O=1：（1+2×

1

2

）=1：2，化學式為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-），從圖（b）是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)可看出，[B₄O₅（OH）₄]^2-一半sp³雜化形成兩個四配位BO₄四面體；另一半是sp²雜化形成兩個三配位BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)，
故答案為：[BO₂]_n^n-（或BO₂^-）；sp²、sp³．

點評：本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)，涉及原子雜化方式的判斷、價電子排布式的書寫、元素周期律等知識點，根據(jù)價層電子對互斥理論、構(gòu)造原理等知識來分析解答，題目難度中等．