Question

【題目】【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。以天然硼砂為起始物，經(jīng)過一系列反應(yīng)可以得到BF3和BN，如下圖所示：

請(qǐng)回答下列問題：

（1）由B2O3制備BF3、BN的化學(xué)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(fù)性較大的是_________，BN中B元素的化合價(jià)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(xué)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(dāng)，晶胞邊長(zhǎng)為361.5pm，立方氮化硼的密度是_______g·cm-3（只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值，阿伏伽德羅常數(shù)為NA）。

Answer 1

【答案】 1s22s22p1 N +3 120° sp2 正四面體 共價(jià)鍵（極性鍵） 分子間作用力

【解析】試題分析：（1）由流程圖及元素守恒可寫出這兩個(gè)反應(yīng)的方程式；

（2）B的原子序數(shù)為5，其基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p1；B和N都屬于第二周期元素，同周期自左至右元素的電負(fù)性逐漸增大；B屬于第ⅢA族元素，化合價(jià)為+3價(jià)．
（3）依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，計(jì)算出的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)以及價(jià)層電子對(duì)數(shù)，可判斷出分子的空間構(gòu)型；
（4）B、N均屬于非金屬元素，二者形成的化學(xué)鍵是極性共價(jià)鍵；根據(jù)其結(jié)構(gòu)與石墨相似，層與層之間應(yīng)該靠分子間作用力結(jié)合．
（5）金剛石晶胞是立方體，其中8個(gè)頂點(diǎn)有8個(gè)碳原子，6個(gè)面各有6個(gè)碳原子，立方體內(nèi)部還有4個(gè)碳原子，所以金剛石的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)=8× +6× +4=8，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個(gè)N和4個(gè)B原子．一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為，一個(gè)立方氮化硼晶胞的體積是（361.5pm）3。

解析：：（1）由圖可知B2O3與CaF2和H2SO4反應(yīng)即生成BF3，同時(shí)還應(yīng)該產(chǎn)生硫酸鈣和水，方程式為；B2O3與氨氣在高溫下反應(yīng)即生成BN和水，方程式為；

（2）基態(tài)B原子的電子排布式為1s22s2sp1；B與N均位于第二周期，電負(fù)性從左向右依次遞減，所以N的電負(fù)性大于B；BN中B元素的化合價(jià)為+3；
（3）依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，BF3的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)= （4-4×1）=0，并且價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，所以BF3分子為平面正三角形結(jié)構(gòu)，鍵角為120°，雜化方式為sp2；BF4-中心原子的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)= （4-4×1）=0，其價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，所以其結(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(xué)鍵是極性共價(jià)鍵；根據(jù)石墨結(jié)構(gòu)可知六方氮化硼晶體中，層與層之間靠分子間作用力結(jié)合；（5）金剛石晶胞是立方體，其中8個(gè)頂點(diǎn)有8個(gè)碳原子，6個(gè)面各有6個(gè)碳原子，立方體內(nèi)部還有4個(gè)碳原子，所以金剛石的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)=8× +6× +4=8，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個(gè)N和4個(gè)B原子．一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為，一個(gè)立方氮化硼晶胞的體積是（361.5pm）3，密度是 g·cm-3。