Question

16．磷化硼是一种受关注的耐磨涂层材料，可作为钛等金属表面的保护薄膜．
（1）三溴化硼和三溴化磷在高温条件下与氢气反应可制得磷化硼．
①磷原子中存在5种不同能量的电子，电子占据的最高能层符号为M．
②上述反应的化学方程式为BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr．
③常温下，三溴化磷是淡黄色发烟液体，可溶于丙酮、四氯化碳中，该物质属于
分子晶体（填晶体类型）．
（2）酸碱质子理论认为，在反应过程中能给出质子的物质称为酸，如H₃PO₄；酸碱电子理论认为，可以接受电子对的物质称为路易斯酸，如硼酸[B（OH）₃]．
①已知pK_a=-lgK_a，酸性：BrCH₂COOH＞CH₃COOH．据此推测，
pK_a：AtCH₂COOH＞ClCH₂COOH（填“＞”、“＜”、“=”）
②磷酸是三元酸，写出两个与PO₄^3-具有相同空间构型和键合形式的分子或离子SO₄^2-、ClO₄^-等合理答案．
③硼酸是一元弱酸，它在水中表现出来的弱酸性，并不是自身电离出氢离子所致，而是水分子与B（OH）₃加合，生成一个酸根离子，请写出该阴离子的结构简式．（若存在配位键需标出）
（3）高温陶瓷材料Si₃N₄的成键方式如图1所示，结构中N-Si-N的键角比Si-N-Si的键角来得大，其原因是N、Si原子均采取sp³杂化，一个Si原子与4个N原子成键，N-Si-N的键角为109.5°，而一个N原子与3个Si原子成键，N上还有一对孤对电子，孤电子对与成键电子对间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以Si-N-Si的键角更小．

（4）磷化硼的晶体结构如图2所示．晶胞中P原子的堆积方式为面心立方最密（填“简单立方”、“体心立方”或“面心立方最密”）堆积．若该晶体中最邻近的两个P原子之间的距离为a nm，则晶体密度为$\frac{（11+31）×4}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-7}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．（列出计算式）

Answer 1

分析 （1）①P原子核外有1s、2s、2p、3s、3p五种能级，一种能级有一种能量的电子；电子占据的最高能层符号为M；
②根据反应条件和反应物、生成物书写方程式；
③分子晶体熔沸点较低；
（2）①酸的酸性越强，该酸溶液的pK_a越小；
②等电子体的结构和键合形式相同；
③硼酸电离方程式为B（OH）₃+H₂0?+H⁺，据此书写其电离出阴离子结构式；
（4）孤电子对与成键电子对间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力；
（5）根据图知，该晶胞是面心立方最密堆积，若该晶体中最邻近的两个P原子之间的距离为a nm，晶胞的棱长=$\sqrt{2}$anm，该晶胞中P原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，B原子个数为4，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$．

解答 解：（1）①P原子核外有1s、2s、2p、3s、3p五种能级，一种能级有一种能量的电子；电子占据的最高能层符号为M，故答案为：5；M；
②根据反应条件和反应物、生成物书写方程式为BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ BP+6HBr，故答案为：BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ BP+6HBr；
③分子晶体熔沸点较低，常温下，三溴化磷是淡黄色发烟液体，可溶于丙酮、四氯化碳中，该晶体熔沸点较低，说明为分子晶体，故答案为：分子；
（2）①酸的酸性越强，该酸溶液的pK_a越小，酸性：BrCH₂COOH＞CH₃COOH，据此推测，酸性AtCH₂COOH＜ClCH₂COOH，则pK_a：AtCH₂COOH＞ClCH₂COOH，故答案为：＞；
②等电子体的结构和键合形式相同，则与磷酸根离子互为等电子体的微粒为SO₄^2-、ClO₄^-等合理答案，故答案为：SO₄^2-、ClO₄^-等合理答案；
③硼酸电离方程式为B（OH）₃+H₂0?+H⁺，据此书写其电离出阴离子结构式为，故答案为：；
（4）N、Si原子均采取sp³杂化，一个Si原子与4个N原子成键，N-Si-N的键角为109.5°，而一个N原子与3个Si原子成键，N上还有一对孤对电子，孤电子对与成键电子对间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以Si-N-Si的键角更小，
故答案为：N、Si原子均采取sp³杂化，一个Si原子与4个N原子成键，N-Si-N的键角为109.5°，而一个N原子与3个Si原子成键，N上还有一对孤对电子，孤电子对与成键电子对间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以Si-N-Si的键角更小；
（5）根据图知，该晶胞是面心立方最密堆积，若该晶体中最邻近的两个P原子之间的距离为a nm，晶胞的棱长=$\sqrt{2}$anm，该晶胞中P原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，B原子个数为4，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{11+31}{{N}_{A}}×4}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-7}）^{3}}$=$\frac{（11+31）×4}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-7}）^{3}{N}_{A}}$．
故答案为：面心立方最密；$\frac{（11+31）×4}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-7}）^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、键角、等电子体、晶体类型判断等知识点，明确基本原理、基本计算机物质空间结构是解本题关键，侧重考查学生分析判断及计算能力，题目难度中等．