Question

16．硼元素B在化学中有很重要的地位．硼的化合物在农业、医药、玻璃工业等方面用途很广．请回答下列问题：
（1）写出与B元素同主族的Ga元素的基态原子核外电子排布简式1s²2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p¹．从原子结构的角度分析，B、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞B．
（2）立方氮化硼可利用人工方法在高温高压条件下合成，属于超硬材料．同数原子晶体的氮化硼（BN）比晶体硅具有更高硬度和耐热性的原因是N原子和B原子的半径比硅原子小，B-N键长比Si-Si短．
（3）在BF3分子中中心原子的杂化轨道类型是sp²，SiF4微粒的空间构型是正四面体．又知若有d轨道参与杂化，能大大提高中心原子成键能力，试解释为什么BF3、SiF4水解的产物中，除了相应的酸外，前者生成BF₄^-，后者却是生成SiF${\;}_{6}^{2-}$：B原子最外电子层为L层，无d轨道；而Si原子最外层为N层，有d轨道，可参与杂化，使Si配位数增加至6．

Answer 1

分析 （1）镓是31号元素，其原子核外有31个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第IIA族和第VA族元素的第一电离能大于相邻元素；
（2）原子晶体的硬度与原子半径、键长成反比；
（3）根据价层电子对互斥理论确定其杂化方式及空间构型；B原子最外电子层为L层，无d轨道；而Si原子最外层为N层，有d轨道．

解答 解：（1）镓位于周期表中第四周期第IIIA，故其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p¹或[Ar]3d¹⁰4s²4p¹；同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第IIA族和第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，所以三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞B，
故答案为：1s²2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p¹；N＞O＞B；
（2）原子晶体的硬度与原子半径、键长成反比，N原子和B原子的半径比硅原子小，B-N键长比Si-Si短键能大，所以氮化硼（BN）比晶体硅具有更高硬度和耐热性，
故答案为：N原子和B原子的半径比硅原子小，B-N键长比Si-Si短；
（3）在BF₃分子中B原子的价层电子对等于3，且没有孤电子对，所以中心原子的杂化轨道类型是sp²杂化，SiF₄中硅原子含有4个共价键，且不含孤电子对，中心原子的杂化轨道类型是sp³杂化，所以它的空间构型是正四面体型；B原子最外电子层为L层，无d轨道，而Si原子最外层为N层，有d轨道，可参与杂化，使Si配位数增加至6；
故答案为：sp²；正四面体；B原子最外电子层为L层，无d轨道；而Si原子最外层为N层，有d轨道，可参与杂化，使Si配位数增加至6．

点评 本题考查核外电子排布、电离能、杂化轨道等，注意同一周期中第一电离能的变化趋势及异常现象，为易错点，题目难度中等．