Question

【題目】硼及其化合物應用廣泛。回答下列問題：

（1）基態B原子的價電子軌道表達式為________，其第一電離能比Be ________（填“大”或“小”）。

（2）氨硼烷（NH3BH3）被認為是最具潛力的新型儲氫材料之一，分子中存在配位鍵，提供孤電子對的成鍵原子是________，寫出一種與氨硼烷互為等電子體的分子________（填化學式）。

（3）常溫常壓下硼酸（H3BO3）晶體結構為層狀，其二維平面結構如圖a。

① B原子的雜化方式為________。從氫鍵的角度解釋硼酸在冷水中的溶解度小而加熱時溶解度增大：________。

② 路易斯酸堿理論認為，任何可接受電子對的分子或離子叫路易斯酸，任何可給出電子對的分子或離子叫路易斯堿。從結構角度分析硼酸是路易斯酸：________。

（4）立方氮化硼（BN）是特殊的耐磨和切削材料，其晶胞結構與金剛石相似，如圖b所示。

① 與氮原子直接連接的硼原子構成的幾何形狀為________。硼原子和氮原子所連接的最小環為________元環。

② 晶胞有兩個基本要素：

原子坐標參數，表示晶胞內部各原子的相對位置。如圖b所示，其中原子坐標參數X為（0，0，0），Y原子的坐標參數為（1/2，0，1/2），則Z原子的坐標參數為________。

晶胞參數，描述晶胞的大小和形狀。已知立方氮化硼的密度為d gcm－3，阿伏加德羅常數值為NA，則晶胞參數a＝________nm。（列出計算式即可）

Answer 1

【答案】 小 N C2H6 sp2 硼酸分子間通過氫鍵締合，加熱時部分氫鍵被破壞。 硼酸分子中B原子有一個2p空軌道。 正四面體 六 (， ， )

【解析】（1）B原子原子核內5個質子，基態B原子電子排布式是：1s22s22p1，所以基態B原子的價電子軌道表達式為：；B原子價電子排布為2s22p1，Be原子價電子排布為2s2，雖然p能級能量較高，但根據"洪特規則"，等價軌道全滿或者半滿或者全空是相對穩定的結構，故B第一電離能比Be小。

（2）氨硼烷（NH3BH3）中，N和B的化合價都是-3，BH3與NH3的化合價都是0，兩者之間是通過配位鍵相連的的，B的最外層有三個電子，結合三個H原子，還缺少兩個電子就達穩定結構，而N結合三個H還有一個孤電子對，所以N提供孤電子對而B提供空軌道形成配位鍵；等電子體具有相同的電子數目和原子數目，C2H6與氨硼烷互為等電子體。

（3）①硼原子最外層只有3個電子，與氧原子形成3對共用電子對，價層電子對為3，雜化軌道數為3，雜化類型為sp2；層內的H3BO3分子之間主要通過氫鍵相連，加熱時部分氫鍵容易被破壞，所以硼酸在冷水中的溶解度小而加熱時溶解度增大。②硼酸分子中心的B原子sp2雜化，有3個sp2和1個2p軌道，軌道總數就是4；B有3個價電子，分別在3個sp2軌道中和氧成鍵，那么成鍵數目是3；硼的電子都用掉了，所以沒有孤對電子，那么就有一個空軌道，也就是2P空軌道，根據路易斯酸堿理論：任何可接受電子對的分子或離子叫路易斯酸，所以硼酸是路易斯酸。

（4）①立方氮化硼（BN）如圖b，N(白色)占據立方體的8個頂點和6個面心，所以有8×+6×=4個；B(黑色)占據小立方體（八分之一個晶胞）的中心，共4個，則一個晶胞中有4個N，4個B；與氮原子直接連接的硼原子構成的幾何形狀為正四面體，其中氮原子在體心，4個硼原子在頂點；硼原子和氮原子所連接的最小環為六元環。②原子坐標參數，表示晶胞內部各原子的相對位置。如圖b所示，其中原子坐標參數X為（0，0，0），Y原子的坐標參數為（1/2，0，1/2），Z為B(黑色)占據小立方體（八分之一個晶胞）的中心，可知Z處于到各個面的處，則Z原子的坐標參數為(， ， )。由已知立方氮化硼的密度為d gcm－3，阿伏加德羅常數值為NA，晶胞參數為a，N的相對原子質量為14，B的相對原子質量為11，則根據晶胞的質量列式：d×a3=，所以a= cm=×107 nm。