Question

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，如图甲所示：

请回答下列问题：
（1）B和N相比，电负性较大的是

 

；
（2）BF₃和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₃中B原子的杂化轨道类型为

 

，BF₄^-的立体构型为

 

；
（3）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层间作用力为

 

；
（4）由B₂O₃制备BF₃、BN的化学方程式依次是

 

、

 

；
（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（图乙）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（1pm=10^-10cm，M（BN）=25g．mol^-1，阿伏伽德罗常数为N_A，只要求列算式，不必计算出数值）．

Answer 1

考点：晶胞的计算,元素电离能、电负性的含义及应用,判断简单分子或离子的构型,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：

分析：（1）同周期元素从左到右电负性依次增强；
（2）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；
（3）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；
（4）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

高温  .

2BN+3H₂O；
（5）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，所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×

1

8

+6×

1

2

+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

25g

NA

，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

25×4

(361.5×10-10)3NA

g?pm^-3．

解答： 解：（1）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，故答案为：N；
（2）依据价层电子对互斥理论，计算出BF₃的孤对电子对数=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，并且价层电子对数为3，杂化方式为sp²；BF₄^-中心原子的孤对电子对数=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（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：sp²；正四面体；
（3）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．故答案为：分子间作用力；
（4）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

高温  .

2BN+3H₂O；故答案为：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃+2NH₃

高温  .

2BN+3H₂O；
（5）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×

1

8

+6×

1

2

+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

25g

NA

，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

25×4

(361.5×10-10)3NA

g?pm^-3，故答案为：

25×4

(361.5×10-10)3NA

．

点评：本题考查较为全面，涉及到化学方程式的书写、分子空间构型、杂化类型的判断以及有关晶体的计算，但解题具有较强的方法性和规律性，学习中注意总结如何书写电子排布式，如何判断分子空间构型以及有关晶体计算等方法．