Question

11．氮化硼（NB）有六方氮化硼和立方氮化硼等不同结构，是一种重要的功能陶瓷材料．请回答下列问题：
（1）B和N相比，电负性较大的是N，BN中B元素的化合价为+3．
（2）在BF₃分子中，F-B-F的键角是120°，B原子的杂化轨道类型是sp²杂化，BF₃和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的立体构型为正四面体．
（3）与N₂互为等电子体分子是CO（用化学符号表示），阴离子有CN^-、C₂^2-（写出两种，用化学符号表示），写出其中一种的电子式^2-．
（4）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为共价键，层间作用力为范德华力．
（5）立方氮化硼的结构与金刚石相似，硬度与金刚石（如图为金刚石晶胞）相当，晶胞边长为361.5pm，则立方氮化硼的一个晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子，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，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为N_A）．

Answer 1

分析 （1）同周期从左到右电负性依次增强，B第IIIA族元素，为+3价；
（2）计算价层电子对数、孤电子对数，杂化轨道数目等于价层电子对数，据此判断杂化方式与空间结构；
（3）原子数相同、电子数也相同的物质称为等电子体，可以运用等量异质替换寻找等电子体；等电子体结构相似，根据氮气分子的电子式书写等电子体阴离子的电子式；
（4）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为共价键，层间作用力为范德华力．
（5）描述晶体结构的基本单元叫做晶胞；金刚石晶胞是立方体，其中8个顶点有8个碳原子，6个面各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子．一个晶胞中的质量为 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5pm）³，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度；因此立方氮化硼的密度是 $\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

解答 解：（1）硼原子核外电子数目为5，N原子核外电子数目为7，同周期从左到右电负性依次增强，所以电负性N＞B；B原子的电子排布式为1s²2s²2p¹，第ⅢA族元素，为+3价；
故答案为：N；+3；
（3）BF₃分子的中心原子B原子上含有3个σ 键，中心原子上的孤电子对数=$\frac{1}{2}$（0-3×1）=0，杂化轨道数目为3，BF₃分子的中心原子B原子采取sp²杂化，中心原子上没有孤对电子，所以其空间构型就是平面三角形，键角是120°，BF₃和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-中B原子的价层电子对=4+$\frac{1}{2}$（3+1-1×4）=4，该离子中不含孤电子对，为正四面体结构，
故答案为：120°；sp²杂化；正四面体；
（3）将N原子电子数加1得O原子，将N原子电子数减1得C原子，N₂的等电子体为CO，阴离子有CN^-、C₂^2-，根据等电子体原理结合氮气分子的电子式可知，C₂^2-电子式为：^2-，
故答案为：CO；CN^-、C₂^2-；^2-；
（4）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为共价键，层间作用力为范德华力，
故答案为：共价键；范德华力；
（5）根据金刚石的结构可以判断出金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子．一个晶胞中的质量为 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5pm）³，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5pm）³，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度；因此立方氮化硼的密度是 $\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：4；4； $\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，考查较为全面，涉及电负性大小、等电子体、杂化类型的判断以及有关晶体的计算，（5）中关键是对金刚石晶胞的识记、理解，题目难度中等．