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，并推测1mol NH4BF4（氟硼酸铵）中含有2NA个配位键．
（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．

练习册系列答案
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15．下列实验装置、操作能达到实验目的是（　　）
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
5．常温下，浓度均为0.10mol/L、体积均为V0的HA和HB溶液，分别加水稀释至体积V，pH随lg$\frac{V}{{V}_{0}}$的变化如图所示，下列叙述正确的是（　　）
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
2．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程．化学键的键能是形成（或拆开）1mol化学键时释放（或吸收）的能量．已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能（kJ/mol）：P-P：198，P-O：360，O=O：498，对于反应P4（白磷）+3O2=P4O6，当2mol，白磷与氧气充分反应的能量变化为（　　）
A．放热1638 kJB．吸热1638 kJC．吸热3276 kJD．放热3276 kJ
9．下列元素的原子在形成不同的物质中，既能形成离子键，又能形成极性键和非极性键的是（　　）
A．KB．CaC．ID．Ne
19．请根据下表，回答下列问题：（数据均在25℃时测定）
化学式CH3COOHH2CO3HClOCu（OH）2
相关常数Ka=1.8×10-5Ka1=4.3×10-7
Ka2=5.6×10-11		Ka=3.0×10-8Ksp=2×10-20
（1）物质的量浓度为0.1mol•L-1的下列四种物质：a．Na2CO3，b．NaClO，c．CH3COONa，d．NaHCO3，由水电离产生的H+由大到小的顺序是a＞b＞d＞c（填编号）．
（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．
6．下列物质中，既含有离子键，又含有共价键的是（　　）
A．H2O2B．NaOHC．CaOD．SO2
3．ClO2气体是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂．我国从2000年起逐步用ClO2代替氯气对饮用水进行消毒．
（1）消毒水时，ClO2还可将水中的Fe2+、Mn2+等转化成Fe（OH）3和MnO2等难溶物除去，说明ClO2具有氧化性．
（2）工业上可用Cl2氧化NaClO2溶液制取ClO2，该反应的化学方程式为Cl2 +2NaClO2 =2NaCl+2ClO2．工业上还可在80℃时电解氯化钠溶液得到NaClO3，然后与盐酸反应得到ClO2．电解时，NaClO3在（填阴或阳）阳极生成，生成ClO3-的电极反应式为Cl--6e-+3 H2O=6H++ClO3-．
（3）自来水厂用ClO2处理后的水中，要求ClO2的浓度在0.1～0.8mg/L之间．碘量法可以检测水中ClO2的浓度，步骤如下：
Ⅰ．取一定体积的水样，加入一定量的碘化钾，再用氢氧化钠溶液调至中性，并加入淀粉溶液，溶液变蓝．
Ⅱ．加入一定量的Na2S2O3溶液．（已知：2S2O32-+I2═+2I-）
Ⅲ．加硫酸调节水样pH至1～3．
操作时，不同pH环境中粒子种类如右图所示．
①操作工中反应的离子方程式是2ClO2+2I-=2ClO2-+I2．
②确定操作Ⅱ完全反应的现象是蓝色消失，半分钟内不变色．
③在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，反应的离子方程式是ClO2-+4I-+4H+=Cl-+2I2+2H2O．
④若水样的体积为1.0L，在操作Ⅱ时消耗了1.0×10-3mol/L的Na2S2O3溶液10mL，则水样中ClO2的浓度是0.675mg/L．
4．金属钛素有“太空金属”、“未来金属”等美誉．工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛并得到副产品FeSO4•7H2O（绿矾）的工艺流程如下图所示．

已知：TiO2+在一定条件下会发生水解；钛铁矿主要成分为钛酸亚铁（FeTiO3），含有少量SiO2杂质；其中一部分铁元素在钛铁矿处理过程中会转化为+3价．
（1）黑钛液中生成的主要阳离子有TiO2+和Fe2+，写出步骤①化学反应方程式：FeTiO3+2H2SO4═FeSO4+TiOSO4+2H2O；步骤②中，加入铁粉的主要目的是将Fe3+转化为Fe2+并防止Fe2+被氧化．
（2）步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的b（填字母序号）．
a．熔沸点差异　　　　b．溶解性差异　　　 c．氧化性、还原性差异
（3）步骤②、③、④中，均涉及到的操作是过滤（填操作名称）；该操作所需玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒．
（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO2+转化为Ti（OH）4的原因：溶液中存在平衡：TiO2++3H2O?Ti（OH）4+2H+，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成Ti（OH）4．
（5）可以利用生产过程中的废液与软锰矿（主要成分为MnO2）反应生产硫酸锰（MnSO4，易溶于水），该反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O．

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