Question

2．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，请回答下列问题
（1）基态B原子的电子排布式为1s²2s²2p¹；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为sp²，BF₃和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的立体结构为正四面体；
（3）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极性键，层间作用力为分子间作用力；
（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4个氮原子、4个硼原子，立方氮化硼的密度是$\frac{100}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$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）B原子核外有5个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；同一其元素元素，电负性随着原子序数增大而增大；化合物中各元素化合价的代数和为0，该化合物中N元素化合价为-3价，据此判断B元素化合价；
（2）BF₃分子中B原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，所以为平面正三角形结构；
根据价层电子对互斥理论确定原子杂化方式、微粒空间构型，BF₃分子中B原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，BF₄^-中B原子价层电子对个数是4且不含孤电子对；
（3）不同非金属元素之间易形成极性键；分子之间存在分子间作用力；
（4）该晶胞中如果C原子位于顶点和面心上，则N原子位于晶胞内部，且一个顶点和三个面心上C原子连接一个N原子；
该晶胞边长=361.5pm=361.5×10^-10cm，体积=（361.5×10^-10cm）³，密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$．

解答 解：（1）B原子核外有5个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式1s²2s²2p¹；
同一其元素元素，电负性随着原子序数增大而增大，所以电负性N＞B；
化合物中各元素化合价的代数和为0，该化合物中N元素化合价为-3价，则B元素化合价为+3价，
故答案为：1s²2s²2p¹；N；+3；
（2）BF₃分子中B原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，所以为平面正三角形结构，则F-B-F的键角是120°；
根据价层电子对互斥理论确定原子杂化方式、微粒空间构型，BF₃分子中B原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，BF₄^-中B原子价层电子对个数是4且不含孤电子对，所以BF₃分子中B采用sp²杂化、BF₄^-是正四面体结构，
故答案为：120°；sp²；正四面体；
（3）不同非金属元素之间易形成极性键，所以B-N原子之间存在极性键；分子之间存在分子间作用力，所以层之间存在分子间作用力，
故答案为：极性键；分子间作用力；
（4）该晶胞中如果C原子位于顶点和面心上，则N原子位于晶胞内部，且一个顶点和三个面心上C原子连接一个N原子，所以该晶胞中C原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、N原子个数为4；
该晶胞边长=361.5pm=361.5×10^-10cm，体积=（361.5×10^-10cm）³，密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{25}{{N}_{A}}×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3=$\frac{100}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：4；4；$\frac{100}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、原子杂化方式判断、微粒空间构型判断、原子核外电子排布等知识点，这些都是高频考点，难点是晶胞密度计算，知道密度公式中各个字母含义，题目难度中等．