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【题目】化合物A(H3BNH3)是一种潜在的储氢材料,可由六元环状物质(HB=NH)3通过反应3CH4+2(HB=NH)3+6H2O=3CO2+6H3BNH3制得。A在一定条件下通过多步去氢可最终转化为氮化硼(BN)。请回答下列问题:

(1)与(HB=NH)3互为等电子体的分子为________(填分子式)

(2)氮化硼(BN)有多种晶型,其中立方氮化硼与金刚石的结构类似,则其晶体中每个硼原子与____个氮原子相连,每个氮原子与_____个硼原子相连。

(3)人工可以合成硼的一系列氢化物,其物理性质与烷烃相似,故称之为硼烷。工业上采用LiAlH4和BF3在乙醚介质中反应制得乙硼烷(B2H6),同时生成另外两种产物。该反应的化学方程式为___________。

(4)相关化学键的键能如下表所示,简要分析和解释下列事实。

化学键

B—H

B—O

B—B

键能(kJ·mol-1)

389

561

293

自然界中不存在硼单质,硼氢化物也很少,主要是含氧化合物,其原因为____________。

(5)在硼酸盐中,阴离子有链状、环状、骨架状等多种结构形式。图(a)为一种无限长单链结构的多硼酸根,其化学式为________;图(b)为硼砂晶体中的阴离子,其中硼原子采取的杂化类型为________。

【答案】C6H6 4 4 3LiAlH4+4BF32B2H6+3LiF+3AlF3 B—O键的键能大于B—B键和B—H键,所以更易形成稳定性更强的B—O键 或BO sp2、sp3

【解析】

(1)原子数相同,价电子总数相同的分子,互称为等电子体,与(HB=NH)3互为等电子体的分子为C6H6;

(2)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为,因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子;

(3)LiAlH4和BF3在一定条件下生成乙硼烷B2H6,根据元素守恒,另外两种产物为LiF和AlF3,根据原子守恒配平方程式为:3LiAlH4+4BF32B2H6+3LiF+3AlF3;

(4)因为B-O键键能大于B-B键和B-H键,所以更易形成稳定性更强的B-O键,根据键能越大物质越稳定,可知自然界中不存在硼单质,硼氢化物也很少,主要是含氧化物,故答案为B-O键键能大于B-B键和B-H键,所以更易形成稳定性更强的B-O键;

(5)图(a)是一种链状结构的多硼酸根,从图可看出,每个BO32-单元,都有一个B,有一个O完全属于这个单元,剩余的2个O分别为2个BO32-单元共用,所以B:O=1:(1+2×)=1:2,化学式为:或BO,从图(b)是硼砂晶体中阴离子的环状结构可看出,[B4O5(OH)4]2-中间两个硼原子各连接四个氧原子,采取sp3杂化形成两个四配位BO4四面体;另两个硼原子连接三个氧原子,采取sp2杂化形成两个三配位BO3平面三角形结构,所以硼原子的杂化类型为sp2、sp3。

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