Question

4．由N、B等元素組成的新型材料有著廣泛用途．
（1）B₂H₆是一種高能燃料，它與Cl₂反應(yīng)生成的BCl₃可用于半導(dǎo)體摻雜工藝及高純硅制造．由第二周期元素組成的與BCl₃互為等電子體的陰離子為CO₃^2-或NO₃^- （填離子符號，填一個）．
（2）氨硼烷（H₃N→BH₃）和Ti（BH₄）₃均為廣受關(guān)注的新型化學(xué)氫化物儲氫材料．
①H₃N→BH₃中N原子的軌道雜化類型為sp³．
②Ti（BH₄）₃由TiCl₃和LiBH₄反應(yīng)制得．基態(tài)Ti³⁺的未成對電子數(shù)有1個，BH₄^-的立體構(gòu)型是正四面體．寫出該制備反應(yīng)的化學(xué)方程式TiCl₃+3LiBH₄=Ti（BH₄）₃+3LiCl．
③氨硼烷可由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過如下反應(yīng)制得：3CH₄+2 （HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃
與上述化學(xué)方程式有關(guān)的敘述不正確的是C．（填標(biāo)號）
A．氨硼烷中存在配位鍵
B．第一電離能：N＞O＞C＞B
C．反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型不變
D．CH₄、H₂O、CO₂分子空間構(gòu)型分別是：正四面體形、V形、直線形
（3）磷化硼（BP）是受到高度關(guān)注的耐磨材料．如圖1為磷化硼晶胞．
①磷化硼晶體屬于原子晶體（填晶體類型），是 （填是或否）含有配位鍵．
②晶體中B原子的配位數(shù)為4．
（4）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，其結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，但熔點比金剛石低，原因是B-N鍵鍵長大于C-C鍵鍵長，鍵能小，所以熔點低．圖2是立方氮化硼晶胞沿z軸的投影圖，請在圖中圓球上涂“●”和畫“×”分別標(biāo)明B與N的相對位置．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)等電子體原理，原子數(shù)相同，價電子數(shù)也相同的粒子互為等電子體，據(jù)此書寫由第2周期元素組成的與BCl₃互為等電子體的陰離子；
（2）①H₃N→BH₃中N原子的價層電子對數(shù)為$\frac{5+3}{2}$=4，據(jù)此判斷雜化類型；
②根據(jù)基態(tài)Ti³⁺的核外電子排布式確定其未成對電子數(shù)；根據(jù)BH₄^-中B原子的雜化方式可知其立體構(gòu)型；根據(jù)元素守恒書寫化學(xué)方程式；
③A．根據(jù)B的最外層電子數(shù)及形成的共價鍵數(shù)判斷；
B．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；
C．由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp；
D．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+$\frac{1}{2}$×（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+$\frac{1}{2}$×（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+$\frac{1}{2}$×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直線型結(jié)構(gòu)；
（3）①在磷化硼晶體中，磷和硼原子之間通過共價鍵相互作用，結(jié)合性質(zhì)可知其晶體類型，硼最外層有3個電子，但根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個硼和磷周圍都有4個共價鍵，所以磷原子含有孤電子對，硼原子含有空軌道，它們之間存在配位鍵，據(jù)此答題；
②根據(jù)晶的結(jié)構(gòu)圖可知，每個磷原子周圍有4個硼原子；
（4）立方氮化硼結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，均為原子晶體，鍵長越短，鍵能越大，熔點越高；晶體中B、N原子配位數(shù)均為4．

解答 解：（1）根據(jù)等電子體原理，原子數(shù)相同，價電子數(shù)也相同的粒子互為等電子體，所以由第2周期元素組成的與BCl₃互為等電子體的陰離子為CO₃^2-或NO₃^-，
故答案為：CO₃^2-或NO₃^-；
（2）①H₃N→BH₃中N原子的價層電子對數(shù)為$\frac{5+3}{2}$=4，所以N原子的軌道雜化類型為sp³，
故答案為：sp³；
②基態(tài)Ti³⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹，其未成對電子數(shù)是1．
BH₄^-中B原子的價層電子對數(shù)為$\frac{3+4+1}{2}$=4，所以雜化方式為sp³雜化，則BH₄^-的立體構(gòu)型為正四面體，Ti（BH₄）₃由TiCl₃和LiBH₄反應(yīng)制得，反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiCl₃+3LiBH₄═Ti（BH₄）₃+3LiCl，
故答案為：1；正四面體；TiCl₃+3LiBH₄=Ti（BH₄）₃+3LiCl；
③A．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A正確；
B．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B正確；
C．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C錯誤；
D．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+$\frac{1}{2}$×（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+$\frac{1}{2}$×（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+$\frac{1}{2}$×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直線型結(jié)構(gòu)，故D正確，
故答案為：C；
（3）①在磷化硼晶體中，磷和硼原子之間通過共價鍵相互作用，結(jié)合性質(zhì)可知其晶體類型為原子晶體，硼最外層有3個電子，但根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個硼和磷周圍都有4個共價鍵，所以磷原子含有孤電子對，硼原子含有空軌道，它們之間存在配位鍵，
故答案為：原子；是；
②根據(jù)晶的結(jié)構(gòu)圖可知，每個磷原子周圍有4個硼原子，所以配位數(shù)為4，
故答案為：4；
（4）立方氮化硼結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，均為原子晶體，B-N鍵鍵長大于C-C鍵，鍵能小于C-C鍵，導(dǎo)致立方氮化硼熔點比金剛石低；晶體中B、N原子配位數(shù)均為4，涂“●”和畫“×”分別標(biāo)明B與N的相對位置為：，
故答案為：B-N鍵鍵長大于C-C鍵鍵長，鍵能小，所以熔點低；．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及電離能、電負(fù)性、雜化方式的判斷、空間構(gòu)型的判斷等知識點，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，難度中等．