Question

【题目】3月调研）[化学——选修3：物质结构与性质]氮化硼（ BN）是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂（主要成分Na2B4O7）为起始物，经过一系列反应可以得到BN和火箭高能燃料及有机合成催化剂BF3的过程如下：

（1）写出由B203制备BF3的化学方程式 ，BF3中B原子的杂化轨道类型为____，BF3分子空间构型为____。

（2）在硼、氧、氟、氮中第一电离能由大到小的顺序是（用元素符号表示）____。

（3）已知：硼酸的电离方程式为H3B03 +H20 [B（OH）4] - +H+，试依据上述反应写出[ Al（ OH）4] -的结构式____，并推测1mol NH4BF4（氟硼酸铵）中含有____个配位键。

（4）由12个硼原子构成如图1的结构单元，硼晶体的熔点为1873℃，则硼晶体的1个结构单元中含有____ 个B-B键。

（5）氮化硼（BN）晶体有多种相结构。六方相氮化硼（晶体结构如图2）是通常存在的稳定相可作高温润滑剂。立方相氮化硼（晶体结构如图3）是超硬材料，有优异的耐磨性。

①关于这两种晶体的说法，不正确的是____（填字母）。

a．两种晶体均为分子晶体

b．两种晶体中的B-N键均为共价键

c．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软

d．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大

②六方相氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为__ __，其结构与石墨相似却不导电，原因是____。

③立方相氮化硼晶体中，每个硼原子连接____个六元环。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300 km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是 。

Answer 1

【答案】（1） sp2 （1分）； 平面正三角形 （1分）

（2）F＞N＞O＞B （1分）

（4）30 （2分）

（5）①ad （2分）；

②3:1 （1分）；立方氮化硼晶体内无自由移动的电子 （1分）

③1 2 （1分）；高温、高压 （1分）

【解析】

试题分析： （1）由工艺流程可知，B203和硫酸和氟化钙反应生成三氟化硼，根据氧化还原反应、质量守恒可得由B203制备BF3的化学方程式为：B2O3+3CaF2+2H2SO4＝2BF3↑+3CaSO4+2H2O,答案为：B2O3+3CaF2+2H2SO4＝2BF3↑+3CaSO4+2H2O；BF3分子中B原子上含有三个б键，B原子上的孤电子对数为：，所以BF3分子中VSEPR模型为平面三角形，B原子上没有孤店子，所以BF3分子空间构型为平面三角形，B原子的杂化轨道类型为sp2杂化，答案为：sp2 平面三角形；（2）硼、氧、氟、氮位于同一周期，从左到右第一电离能总的变化趋势逐渐的增大，但由于氮原子2p能级上为半满，能量较低，第一电离能大于氧原子的，第一电离能由大到小的顺序是F＞N＞O＞B，答案为：F＞N＞O＞B；（3） 硼酸的电离方程式为H3B03 +H20 [B（OH）4] - +H+，氢氧根提供一对孤电子，三氟化硼中的硼原子提供空轨道形成了一个配位键，硼和铝同主族，所以[ Al（ OH）4] -的结构式为；一个铵根离子中含有1个配位键，一个氟硼酸根离子中含有1个配位键，所以1mol NH4BF4（氟硼酸铵）中含有2NA个配位键，答案为： 2NA；（4）由12个硼原子构成如图1的结构单元，从图上可以看出B原子和B-B键的个数比为2:5，所以硼晶体的1个结构单元中含有30个B-B键，答案为：30；（5）氮化硼（BN）晶体有多种相结构。六方相氮化硼（晶体结构如图2）结构和石墨相似，属于混合型晶体，每层内B-N为共价键，每层间为范德华力，层间作用力小，所以质地软，是通常存在的稳定相可作高温润滑剂。立方相氮化硼（晶体结构如图3）结构和金刚石的相似，构成晶体的微粒为原子，原子间通过共价键链接，共价键的作用力较大，所以硬度大，是超硬材料，有优异的耐磨性，B和N间都是单键，只存在б键，所以不正确的为ad，答案为ad；②六方相氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为3:1，其结构与石墨相似却不导电，原因是立方氮化硼晶体内无自由移动的电子，答案为：3:1 立方氮化硼晶体内无自由移动的电子；③从立方相氮化硼晶体结构可以看出，每个硼原子连接12个六元环。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300 km的古地壳中被发现说明形成这一矿物需要高温高压，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是高温、高压，答案为：12 高温高压。