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－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，的立體構型為________；
(4)在與石墨結構相似的六方氮化硼晶體中，層內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，可以轉化為立方氮化硼，其結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當，晶胞邊長為361.5pm。立方氮化硼晶胞中含有________個氮原子、________個硼原子，立方氮化硼的密度是________g·cm^－3(只要求列算式，不必計算出數值。阿伏加德羅常數為N_A)。

Answer 1

(1)B₂O₃＋3CaF₂＋3H₂SO₄2BF₃↑＋3CaSO₄＋3H₂O   B₂O₃＋2NH₃2BN＋3H₂O
(2)1s²2s²2p¹　    N　    ＋3 (3)120°　      sp²　    正四面體
(4)共價鍵(極性共價鍵)　 分子間作用力
(5)  4　   4　        

試題分析：(1)根據反應物以及原子守恒可知，該反應的方程式是B₂O₃＋3CaF₂＋3H₂SO₄2BF₃↑＋3CaSO₄＋3H₂O，B₂O₃＋2NH₃2BN＋3H₂O。
(2)根據工作原理可知，基態B原子的電子排布式為1s²2s²2p¹；非金屬性越強，電負性越大，則B和N相比，電負性較大的是N，所以BN中B元素的化合價為＋3價。
（3）根據價層電子對互斥理論可知，在BF₃分子中B原子含有的孤對電子對數＝（3－3×1）÷2＝0，所以該分子是平面正三角形結構，則F－B－F的鍵角是120°，B原子的雜化軌道類型為sp²。的立體構型為正四面體型結構。
（4）B原子與N原子都是非金屬元素，則二者之間的化學鍵為極性鍵。根據石墨的結構可知，層間作用力為分子間作用力。
（5）立方氮化硼的晶體結構和金剛石類似，則在其晶胞中含有的氮原子和硼原子的個數都是個。晶胞邊長為361.5pm，則，解得密度ρ＝。
點評：該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題。試題綜合性強，側重對學生能力的培養和解題方法的指導與訓練，旨在考查學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力，有利于培養學生的應試能力和邏輯推理能力。也有助于激發學生的學習積極性和學習興趣。