Question

【题目】【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和过量NaF作用可生成NaBF4，BF4－的立体结构为_______；

（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________，层间作用力为________；

（5）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，立方氮化硼的密度是_______g·cm-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】 1s22s22p1 N +3 120° sp2 正四面体 共价键（极性键） 分子间作用力

【解析】试题分析：（1）由流程图及元素守恒可写出这两个反应的方程式；

（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；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）B、N均属于非金属元素，二者形成的化学键是极性共价键；根据其结构与石墨相似，层与层之间应该靠分子间作用力结合．
（5）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× +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。

解析：：（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与氨气在高温下反应即生成BN和水，方程式为；

（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；
（3）依据价层电子对互斥理论，BF3的孤对电子对数= （4-4×1）=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= （4-4×1）=0，其价层电子对数为4，所以其结构为正四面体；（4）B、N均属于非金属元素，二者形成的化学键是极性共价键；根据石墨结构可知六方氮化硼晶体中，层与层之间靠分子间作用力结合；（5）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× +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，密度是 g·cm-3。