题目内容

20．硼及其化合物的研究在无机化学的发展中占有独特的地位．
（1）Ga与B同主族，Ga的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，从原子结构的角度分析，B、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序是N＞O＞B
（2）硼酸（H3B03）是白色片状晶体（层状结构如图），有滑腻感，在冷水中溶解度很小，加热时溶解度增大硼元素具有缺电子性，其化合物往往具有加合性．在硼酸[B（OH）3]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构，则分子中B原子杂化轨道的类型是sp2，其同层分子间的主要作用力是氢键
（3）已知H3BO3与足量kOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH-═B（OH）4-，写出硼酸的电离方程式：H3BO3+H2O H++B（OH）4-
（4）硼氢化钠（NaBH4）是有机化学中的一种常用还原剂，在热水中水解生成硼酸钠和氢气，用化学方程式表示其反应原理NaBH4+4H2O═Na[B（OH）4]+4H2↑[BH4]-的空问构型是正四面体
（5）石墨烯可转化为富勒烯（C60），某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图所示，M原子位于晶胞的棱上与内部．该晶胞中M原子的个数为12，该材料的化学式为M3C60．

分析 （1）Ga原子核外电子数为31，结合能量最低原理书写基态原子核外电子排布式；
同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，N元素原子2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的；
（2）在硼酸[B（OH）3]分子中，B原子与3个羟基相连，B原子没有孤对电子，杂化轨道数目为3；
硼酸晶体具有与石墨相似的层状结构，不同层之间为范德华力，同层分子间为氢键；
（3）H3BO3与足量KOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH-═B（OH）4-，硼酸为一元弱酸，电离生成B（OH）4-与氢离子；
（4）硼氢化钠（NaBH4）在热水中水解生成硼酸钠和氢气，[BH4]-中B原子孤电子对数=$\frac{3+1-1×4}{2}$=0，价层电子对数=4+0=4；
（5）根据均摊法计算晶胞之间M原子数目、C60分子数目，进而确定化学式．

解答 解：（1）Ga原子核外电子数为31，由能量最低原理，可知基态原子核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s24p1，同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，N元素原子2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能为：N＞O＞B，
故答案为：1s22s22p63s23p63d104s24p1；N＞O＞B；
（2）在硼酸[B（OH）3]分子中，B原子与3个羟基相连，B原子没有孤对电子，杂化轨道数目为3，分子中B原子杂化轨道的类型是sp2，硼酸晶体具有与石墨相似的层状结构，不同层之间为范德华力，同层分子间氧原子与氢原子之间形成氢键，
故答案为：sp2；氢键；
（3）H3BO3与足量KOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH-═B（OH）4-，硼酸为一元弱酸，电离生成B（OH）4-与氢离子，电离方程式为：H3BO3+H2O H++B（OH）4-，
故答案为：H3BO3+H2O H++B（OH）4-；
（4）硼氢化钠（NaBH4）在热水中水解生成硼酸钠和氢气，反应方程式为：NaBH4+4H2O═Na[B（OH）4]+4H2↑，[BH4]-中B原子孤电子对数=$\frac{3+1-1×4}{2}$=0，价层电子对数=4+0=4，空间结构为正四面体形：，
故答案为：NaBH4+4H2O═Na[B（OH）4]+4H2↑；正四面体；
（5）晶胞中M原子位于晶胞的棱上与内部，棱上有12个M，内部有9个M，该晶胞中M原子的个数为 12×$\frac{1}{4}$+9=12，C60处于顶点与面心，则晶胞中C60数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，M原子和C60分子的个数比为3：1，则该材料的化学式为M3C60，
故答案为：12；M3C60．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式与空间结构判断、晶胞有关计算以及信息获取与迁移运用等，需要学生具备扎实的基础，难度中等．

练习册系列答案
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