Question

【題目】【化學——選修3：物質結構與性質】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，BF4－的立體結構為_______；

（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，立方氮化硼的密度是_______g·cm-3（只要求列算式，不必計算出數值，阿伏伽德羅常數為NA）。

Answer 1

【答案】 1s22s22p1 N +3 120° sp2 正四面體 共價鍵（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反應的方程式；

（2）B的原子序數為5，其基態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性逐漸增大；B屬于第ⅢA族元素，化合價為+3價．
（3）依據價層電子對互斥理論，計算出的孤對電子對數以及價層電子對數，可判斷出分子的空間構型；
（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；根據其結構與石墨相似，層與層之間應該靠分子間作用力結合．
（5）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，立方體內部還有4個碳原子，所以金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數=8× +6× +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．一個晶胞中的質量為，一個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反應即生成BF3，同時還應該產生硫酸鈣和水，方程式為；B2O3與氨氣在高溫下反應即生成BN和水，方程式為；

（2）基態B原子的電子排布式為1s22s2sp1；B與N均位于第二周期，電負性從左向右依次遞減，所以N的電負性大于B；BN中B元素的化合價為+3；
（3）依據價層電子對互斥理論，BF3的孤對電子對數= （4-4×1）=0，并且價層電子對數為3，所以BF3分子為平面正三角形結構，鍵角為120°，雜化方式為sp2；BF4-中心原子的孤對電子對數= （4-4×1）=0，其價層電子對數為4，所以其結構為正四面體；（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；根據石墨結構可知六方氮化硼晶體中，層與層之間靠分子間作用力結合；（5）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，立方體內部還有4個碳原子，所以金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數=8× +6× +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．一個晶胞中的質量為，一個立方氮化硼晶胞的體積是（361.5pm）3，密度是 g·cm-3。