Question

【題目】新型無機(jī)非金屬材料中，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BN的化學(xué)方程式是_________________________________；

（2） 基態(tài)B原子的電子排布圖為________________；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，BF－4的立體構(gòu)型為________；

（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361.5 pm，立方氮化硼的一個(gè)晶胞中含有______個(gè)氮原子、________個(gè)硼原子，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，阿伏加德羅常數(shù)為NA，右圖為金剛石晶胞)。

Answer 1

【答案】（1）B2O3+3CaF2+3H2SO42BF3↑+3CaSO4+3H2O B2O3+2NH32BN+3H2O

（2）1s22s2sp1 N +3

（3）120° sp2 正四面體

（4）共價(jià)鍵(或極性共價(jià)鍵) 分子間作用力

（5）

【解析】

試題分析：（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+3CaF2+3H2SO42BF3↑+3CaSO4+3H2O；B2O3與氨氣在高溫下反應(yīng)即生成BN，方程式為B2O3+2NH32BN+3H2O；

（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，計(jì)算出BF3的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)=×(a-xb)=×(3-3×1)=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)=×(a-xb)=×(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）根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)可以判斷出金剛石的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×+6×+4=8，因此一個(gè)立方氮化硼晶胞中含有4個(gè)N原子和4個(gè)B原子．一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為×4，一個(gè)立方氮化硼晶胞的體積是(361.5pm)3，因此立方氮化硼的密度是gpm-3。