Question

3．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)過一系列反應可以得到BF₃和BN，如圖1所示：

請回答下列問題：
（1）寫出由B₂O₃制備BF₃的化學方程式B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；
（2）基態(tài)N原子的軌道表示式為，BN中B元素的化合價為+3；
（3）在BF₃分子中，F(xiàn)-B-F的鍵角是120°，該分子為非極性分子（填“極性分子”或“非極性分子”），BF₃和過量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的空間構(gòu)型為正四面體；
（4）六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似（如圖2所示），硬度與金剛石相當，晶胞邊長為361.5pm（1pm=10^-10cm），立方氮化硼的密度是$\frac{25×4}{（{361.5×1{0}^{-10}）}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（只要求列算式，不必計算出數(shù)值，阿伏加德羅常數(shù)為N_A）．
（5）原子個數(shù)相同、最外層電子總數(shù)也相同的化合物是“等電子體”，等電子體的結(jié)構(gòu)相似，B₃N₃H₆與苯是等電子體，被稱為“無機苯”，請畫出B₃N₃H₆的結(jié)構(gòu)式，其二氯代物有4種．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，B₂O₃在CaF₂和H₂SO₄條件下加熱生成BF₃，根據(jù)元素守恒可寫出化學方程式；
（2）氮原子核外電子數(shù)目為7，據(jù)此寫出氮原子的電子排布圖，同周期從左到右電負性依次增強，所以電負性N＞B，據(jù)此判斷B的化合價；
（3）價層電子對互斥理論認為：分子的立體構(gòu)型是“價層電子對”相互排斥的結(jié)果，先判斷價層電子對數(shù)，再確定分子構(gòu)型，進而判斷鍵角和分子的極性，以及離子的空間構(gòu)型；
（4）根據(jù)均攤法計算晶胞中N、B原子數(shù)目，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$計算密度；
（5）B₃N₃H₆與苯是等電子體，所以它們的結(jié)構(gòu)相似，根據(jù)苯的結(jié)構(gòu)可畫出B₃N₃H₆的結(jié)構(gòu)，B₃N₃H₆中，間位的二氯代物有兩種，其它情況可根據(jù)苯環(huán)的二氯代物判斷．

解答 解：（1）由圖可知B₂O₃與CaF₂和H₂SO₄反應即生成BF₃，同時還應該產(chǎn)生硫酸鈣和水，方程式為：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O，
故答案為：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；
（2）氮原子核外電子數(shù)目為7，原子的電子排布圖為，同周期從左到右電負性依次增強，所以電負性N＞B；B第ⅢA族元素，為+3價；
故答案為：；+3；
（3）BF₃分子的中心原子B原子上含有3個σ 鍵，中心原子上的孤電子對數(shù)=$\frac{1}{2}$（a-xb）=$\frac{1}{2}$（0-3×1）=0，所以BF₃分子的VSEPR模型是平面三角型，中心原子上沒有孤對電子，所以其空間構(gòu)型就是平面三角形，鍵角是120°，分子是非極性分子，BF₃和過量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-中B原子的價層電子對=3+$\frac{1}{2}$×2=4，該離子中不含孤電子對，所以BF₄^-為正四面體結(jié)構(gòu)，
故答案為：120°；非極性分子；正四面體．
（4）晶胞中N原子處于8個頂點和6個面心，數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，4個B處于晶胞內(nèi)部，N原子數(shù)目為4，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$可得，立方氮化硼的密度=$\frac{\frac{4×（14+11）}{{N}_{A}}}{V}$g•cm^-3=$\frac{25×4}{（{361.5×1{0}^{-10}）}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{25×4}{（{361.5×1{0}^{-10}）}^{3}{N}_{A}}$；
（5）B₃N₃H₆與苯是等電子體，所以它們的結(jié)構(gòu)相似，根據(jù)苯的結(jié)構(gòu)可畫出B₃N₃H₆的結(jié)構(gòu)為，B₃N₃H₆中，間位的二氯代物有兩種，鄰位二氯代物有一種，對位二氯代物有一種，所以共有4種，
故答案為：；4．

點評 本題考查較為全面，涉及到化學方程式的書寫、電子排布式、分子空間構(gòu)型、等電子體、同分異構(gòu)體等知，但解題具有較強的方法性和規(guī)律性，學習中注意總結(jié)如何書寫電子排布式，如何判斷分子空間構(gòu)型等方法，題目難度中等．