Question

5．硼元素在化学中有很重要的地位，硼及其化合物广泛应用于永磁材料、超导材料、复合材料等高新材料领域．
（1）写出硼元素基态原子的电子排列图1s²2s²2p¹．
（2）B、N、O 元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞B（用元素符号表示）．
（3）与三氯化硼互为等电子体的一种分子的化学式为SO₃．
（4）磷化硼（BP）是一种磨材料．它是由三溴化硼和三溴化磷在氢气气氛中，高温（＞75℃）下制得的．它的晶体结构单元与金刚石类似．写出生成BP的反应方程式BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr；已知BP晶胞参数为a pm，则BP密度的表达式为$\frac{4×\frac{M}{{N}_{a}}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³（用含a、N_a的式子表示）．
（5）正硼酸（H₃BO₃）是一种片层状结构白色晶体，层内的H₃BO₃分子间通过氢键相连（如图l）
①1mol H₃BO₃的晶体中有3mol氢键．
②硼酸溶于水后，电离生成少量[B（OH）₄]^-和H⁺离子．[B（OH）₄]^-中B原子杂化类型为正四面体型．
（6）科学家发现硼化镁在39K时呈超导性，在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，一层镁一层硼相间排列-．如图2是该晶体微观空间取出的部分原子在同一平面上的投影，硼化镁的化学式为MgB₂．

Answer 1

分析 （1）B原子核外有5个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；
（2）同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第IIA族和第VA族元素的第一电离能大于相邻元素；
（3）原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体，等电子体的结构相似；
（4）根据元素守恒可写出合成磷化硼的化学反应方程式；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 pm，晶胞的棱长=$\sqrt{2}$apm，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=$\frac{4×\frac{M}{Na}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（5）利用均摊法计算含1molH₃BO₃的晶体中的氢键；[B（OH）₄]^-中B原子的价层电子对数分析；
（6）1个B原子为3个Mg原子共用，1个Mg原子为6个B原子共用，利用均摊法计算硼原子和镁原子的个数比．

解答 解：（1）B原子核外有5个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p¹，故答案为：1s²2s²2p¹；
（2）同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第IIA族和第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，所以三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞B，故答案为：N＞O＞B；
（3）原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体，可知SO₃等符合，故答案为：SO₃（其他合理答案也对）；
（4）根据元素守恒可知由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成磷化硼的化学反应方程式为BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr，
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 pm，晶胞的棱长=$\sqrt{2}$apm，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=$\frac{4×\frac{M}{{N}_{a}}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$，故答案为：BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$BP+6HBr；$\frac{4×\frac{M}{{N}_{a}}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（5）一个H₃BO₃分子对应着6个氢键，一个氢键对应着2个H₃BO₃分子，因此含有1 molH₃BO₃分子的晶体中有3mol氢键，[B（OH）₄]^-中B原子形成4个共价键，则B原子的价层电子对数为4，为sp³杂化，没有孤电子对，空间结构为正四面体型；
故答案为：3；正四面体型；
（6）根据投影可知，1个B原子为3个Mg原子共用，故属于一个Mg原子的B原子为$\frac{1}{3}$；1个Mg原子为6个B原子共用，故用于一个B原子的Mg原子为$\frac{1}{6}$．由此可知Mg镁硼原子个数比=1：2，故硼化镁的化学式为MgB₂，故答案为：MgB₂．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、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．