Question

【题目】氮化硼（BN）是一种重要的功能陶瓷材料．以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF3和BN，如下图所示：
请回答下列问题：
（1）由B2O3制备BF3、BN的化学方程式依次是、 ．
（2）基态B原子的电子排布式为；B和N相比，电负性较大的是 ， BN中B元素的化合价为 ．
（3）在BF3分子中，F﹣B﹣F的键角是；B原子的杂化轨道类型为 ， BF3与过量NaF作用可生成NaBF4 ， B的立体构型为 ．
（4）六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5pm．立方氮化硼晶胞中含有个氮原子、个硼原子，立方氮化硼的密度是gcm﹣3（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为NA）．

Answer 1

【答案】
（1）B2O3+3CaF2+3H2SO4 2BF3↑+3CaSO4+3H2O；B2O3+2NH3 2BN+3H2O
（2）1s22s2sp1；N；+3
（3）120°；sp2；正四面体
（4）4；4；
【解析】解：（1）由图可知B2O3与CaF2和H2SO4反应即生成BF3 ， 同时还应该产生硫酸钙和水，方程式为B2O3+3CaF2+3H2SO4 2BF3↑+3CaSO4+3H2O；B2O3与氨气在高温下反应即生成BN，方程式为B2O3+2NH3 2BN+3H2O， 故答案为：B2O3+3CaF2+3H2SO4 2BF3↑+3CaSO4+3H2O；B2O3+2NH3 2BN+3H2O；（2）基态B原子的电子排布式为1s22s2sp1；B与N 均位于第二周期，电负性从左向右依次递减，所以N的电负性大于B；BN中B元素的化合价为+3．故答案为：1s22s2sp1；N；+3；（3）依据价层电子对互斥理论，计算出BF3的孤对电子对数= ×（a﹣xb）= ×（3﹣3×1）=0，并且价层电子对数为3，所以BF3分子为平面正三角形结构，键角为120°，杂化方式为sp2；BF4﹣中心原子的孤对电子对数= ×（a﹣xb）= ×（4﹣4×1）=0，其价层电子对数为4，所以其结构为正四面体．故答案为：120°；sp2；正四面体；（4）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× +6× +4=8，因此一个立方氮化硼晶胞中含有4个N原子和4个B原子．一个晶胞中的质量为 ，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5pm）3 ， 因此立方氮化硼的密度 是 gpm﹣3 ．
故答案为：4；4； ．
（1）由图及元素守恒可写出这两个反应的方程式：B2O3+3CaF2+3H2SO4 2BF3↑+3CaSO4+3H2O；B2O3+2NH3 2BN+3H2O；（2）B的原子序数为5，其基态原子的电子排布式为1s22s22p1；B和N都属于第二周期元素，同周期自左至右元素的电负性逐渐增大，故电负性较大的是N；B属于第ⅢA族元素，化合价为+3价．（3）依据价层电子对互斥理论，计算出的孤对电子对数以及价层电子对数，可判断出分子的空间构型；（4）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，如图所示： 所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8× +6× +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 ，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5pm）3 ， 因此立方氮化硼的密度是 gpm﹣3 ．