题目内容
14.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B2O3+3CaF2+3H2SO4=2BF3↑+3CaSO4+3H2O,BF3中,B原子的杂化轨道类型为sp2,BF3分子空间构型为平面正三角形.
(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)F>N>O>B.
(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
(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30 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ad(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.
③立方相氮化硼晶体中,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300km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高温、高压.
分析 (1)由图及元素守恒可写出由B2O3制备BF3的方程式;根据价层电子对互斥理论确定构型和杂化方式;
(2)同一周期元素,元素的第一电离能随着原子序数增大而增大,但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素,据此判断第一电离能大小顺序;
(3)在[Al(OH)4]-中Al采取sp3杂化,用最外层的四个空轨道接受O提供的孤对电子形成配合物,一个NH4BF4中N原子和其中一个H原子之间存在配位键、B原子和其中一个F原子之间存在一个配位键,所以含有2个配位键,据此计算;
(4)在硼原子组成的正二十面体结构中,每5个面共用一个顶点,每个等边三角形拥有的顶点为:$\frac{1}{5}$×3=$\frac{3}{5}$,20个等边三角形拥有的顶点为:$\frac{3}{5}$×20=12,每2个面共用一个B-B键;
(5)①a.由图可知立方相氮化硼是立体网状结构,为原子晶体;
b.非金属元素之间易形成共价键;
c.六方相氮化硼为层状结构,层间为分子间作用力,作用力小;
d.立方相氮化硼含有σ键不存在π键;
②六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键,该物质的层状结构中不存在自由移动的电子;
③氮化硼与碳元素的单质相似,结合金刚石的结构进行判断,立方相氮化硼晶体中,每个硼原子连接12个六元环,在地壳内部,离地面越深,其压强越大、温度越高.
解答 解:(1)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,BF3分子的中心原子B原子上含有3个σ 键,中心原子上的孤电子对数=$\frac{1}{2}$(a-xb)=$\frac{1}{2}$(0-3×1)=0,中心原子B原子的价层电子对数为3,属于sp2杂化,中心原子上没有孤对电子,所以其空间构型就是平面三角形,键角是120°,BF3分子为平面三角形,
故答案为:B2O3+3CaF2+3H2SO4=2BF3↑+3CaSO4+3H2O;sp2;平面正三角形;
(2)同一周期元素,元素的第一电离能随着原子序数增大而增大,但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素,B、N、O、F元素处于同一周期且原子序数逐渐增大,N处于第VA族,所以第一电离能N>O,B的第一电离能最小,第一电离能由大到小的顺序是:F>N>O>B,
故答案为:F>N>O>B;
(3)在[Al(OH)4]-中Al采取sp3杂化,用最外层的四个空轨道接受O提供的孤对电子形成配合物,其结构式为
,一个NH4BF4中N原子和其中一个H原子之间存在配位键、B原子和其中一个F原子之间存在一个配位键,所以含有2个配位键,则1mol NH4BF4含有2mol配位键,即2NA个配位键,
故答案为:
;2NA;
(4)在硼原子组成的正二十面体结构中,每5个面共用一个顶点,每个面拥有这个顶点的:$\frac{1}{5}$×3=$\frac{3}{5}$,20个等边三角形拥有的顶点为:$\frac{3}{5}$×20=12,每2个面共用一个B-B键,每个面拥有这个B-B键的$\frac{1}{2}$,每个等边三角形占有的B-B键为:$\frac{1}{2}$×3=$\frac{3}{2}$,20个等边三角形拥有的B-B键为:$\frac{3}{2}$×20=30,
故答案为:30;
(5)①a.立方相氮化硼为空间网状结构,不存在分子,为原子晶体,故a错误;
b.非金属元素之间易形成共价键,所以N原子和B原子之间存在共价键,故b正确;
c.六方相氮化硼层间为层状结构,分子间作用力,作用力小,导致其质地软,故c正确;
d.立方相氮化硼N原子和B原子之间存在共价单键,所以该化合物中含有σ键不存在π键,故d错误;
故选ad;
②六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键,六方相氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为3:1,该物质的层状结构中不存在自由移动的电子,所以不导电,
故答案为:3:1;立方氮化硼晶体内无自由移动的电子;
③氮化硼与金刚石的结构相似,立方相氮化硼晶体中,每个硼原子连接12个六元环,在地壳内部,离地面越深,其压强越大、温度越高,根据题干知,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,
故答案为:12;高温、高压.
点评 本题考查了物质结构和性质,涉及第一电离能、原子的杂化方式、晶体的计算等知识点,侧重于学生的分析能力和计算能力的考查,这些知识点都是高考热点,注意价层电子对互斥理论确定原子杂化方式及分子空间构型、晶胞的计算,题目难度中等.
| A. | 测定中和热 | B. | 反应快慢 | C. | 粗铜的电解精炼 | D. | 电解食盐水 |
| A. | 该温度下HB的电离平衡常数约等于1.11×10-5 | |
| B. | 当lg$\frac{V}{{V}_{0}}$=3时,若两溶液同时升高温度,则$\frac{c({B}^{-})}{c({A}^{-})}$减小 | |
| C. | 相同条件下NaA溶液的pH大于NaB溶液的pH | |
| D. | 溶液中水的电离程度:a=c>b |
| A. | 放热1638 kJ | B. | 吸热1638 kJ | C. | 吸热3276 kJ | D. | 放热3276 kJ |
| A. | K | B. | Ca | C. | I | D. | Ne |
| 化学式 | CH3COOH | H2CO3 | HClO | Cu(OH)2 |
| 相关常数 | Ka=1.8×10-5 | Ka1=4.3×10-7 Ka2=5.6×10-11 | Ka=3.0×10-8 | Ksp=2×10-20 |
(2)常温下0.1mol•L-1的HClO溶液加水稀释过程,下列表达式的数据不变的是D;
A.c (H+) B.$\frac{c({H}^{+})}{c(HClO)}$C.$\frac{c(O{H}^{-})}{c({H}^{+})}$D.$\frac{c(Cl{O}^{-})}{c(HClO)•c(O{H}^{-})}$
(3)体积为10mL pH=2的醋酸溶液与一元酸HX分别加水稀释至1000mL,稀释过程pH变化如图所示,则Ka(HX)> (选填>、=、<,下同) Ka(CH3COOH);若将浓度为c1的NaOH溶液与0.1mol/L的HX等体积混合,
所得溶液的pH=7,则c1<0.1mol/L,溶液中离子浓度的大小关系为:c(Na+)=c(X-)>c(OH-)=c(H+);若将“0.1mol/L的HX”改为“pH=1的HX”,所得溶液的pH仍为7,则c1>0.1mol/L.
(4)室温下,如果将0.1mol CH3COONa和0.05mol HCl溶于水,形成混合溶液(体积不变)
①CH3COOH和CH3COO-两种粒子的物质的量之和等于0.1mol.
②CH3COO-和OH-两种粒子的物质的量之和比H+多0.05mol.
(5)某硫酸铜溶液里c(Cu2+)=0.02mol•L-1,如要生成Cu(OH)2,应调整溶液pH,使之大于5;要使0.2mol•L-1硫酸铜溶液中Cu2+沉淀较为完全(使Cu2+浓度降至原来的千分之一),则应向溶液里加入氢氧化钠溶液,使溶液pH为6.
| A. | H2O2 | B. | NaOH | C. | CaO | D. | SO2 |