Question

化合物A（H₃BNH₃）是一种潜在的储氢材料，可由六元环状物质（HB=NH）₃通过反应3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得．A在一定条件下通过多步去氢可最终转化为氮化硼（BN）．请回答：
（1）与（HB=NH）₃互为等电子体的分子为

 

（填分子式）．
（2）下列关于合成A的化学方程式的叙述不正确的是

 

（填选项字母）．
a．反应前后碳原子的轨道杂化类型不变
b．CH₄、H₂O、CO₂的分子空间构型分别为正四面体形、V形、直线形
c．第一电离能的大小关系为：N＞O＞C＞B
d．A中存在配位键
（3）氮化硼（BN）有多种晶型，其中立方氮化硼与金刚石的构型类似，则其晶胞中共有

 

个硼原子，

 

个氮原子．
（4）人工可以合成硼的一系列氮化物，其物理性质与烷烃相似，故称之为硼烷．工业上采用LiAlH₄和BF₃，在乙醚介质中反应制得乙硼烷（B₂H₆），同时生成另外两种产物，该反应的化学方程式为

 

．
（5）相关化学键的键能如下表所示，简要分析和解释下列事实．

化学键	B-H	B-O	B-B
键能（kJ?mol-1）	389	561	293

自然界中不存在硼单质，硼氢化物也很少，主要是含氧化物，其原因为

 

（6）在硼酸盐中，阴离子有链状、环状、骨架状等多种结构形式，图（a）为一种无限长单链状结构的多碰酸根，其化学式为

 

；图（b）为硼砂晶体中的阴离子，其中硼原子采取的杂化类型

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,配合物的成键情况,原子轨道杂化方式及杂化类型判断,不同晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）原子数相同，电子总数相同的分子，互称为等电子体；
（2）根据3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃，可以分析，
a．由CH₄变为CO₂，碳原子杂化类型由sp³转化为sp，反应前后碳原子的轨道杂化类型已经改变，据此判断；
b．CH₄分子中价层电子对=σ 键电子对+中心原子上的孤电子对=4+

1

2

×（4-4×1）=4，且不含孤电子对，所以其空间构型是正四面体，H₂O中价层电子对个数=2+

1

2

×（6-2×1）=4，且含有2个孤电子对，所以H₂O的VSEPR模型为四面体，分子空间构型为V型，、CO₂分子中价层电子对=σ 键电子对+中心原子上的孤电子对=2+

1

2

×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直线型结构，据此判断；
c．同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，这几种元素都是第二周期元素，它们的族序数分别是：第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIA族，所以它们的第一电离能大小顺序是I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C）＞I₁（B），据此判断；
d．B一般是形成3个键，（H₃BNH₃）由六元环状化合物（HB=NH）₃通过3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得，其中1个键是配位键，据此判断；
（3）描述晶体结构的基本单元叫做晶胞，金刚石晶胞是立方体，其中8个顶点有8个碳原子，6个面各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，如图所示：所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子，据此答题；

（4）LiAlH₄和BF₃在一定条件下生成乙硼烷B₂H₆、LiF和AlF₃，根据原子守恒配平方程式；
（5）根据键能越大物质越稳定，可以解释相关问题；
（6）有1个O连着一个B，剩余的两个O分别连着2个B，说明有一个O完全属于B，剩下的两个O，B只占有O的

1

2

；硼砂晶体中阴离子[B₄O₅（OH）₄]^2-中一半sp³杂化形成BO₄四面体；另一种是sp²杂化形成BO₃平面三角形结构；

解答： 解：（1）原子数相同，电子总数相同的分子，互称为等电子体，与（HB=NH）₃互为等电子体的分子为C₆H₆；
故答案为：C₆H₆；
（2）3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃，
a．由CH₄变为CO₂，碳原子杂化类型由sp³转化为sp，反应前后碳原子的轨道杂化类型已经改变，故a错误；
b．CH₄分子中价层电子对=σ 键电子对+中心原子上的孤电子对=4+

1

2

×（4-4×1）=4，且不含孤电子对，所以其空间构型是正四面体，H₂O中价层电子对个数=2+

1

2

×（6-2×1）=4，且含有2个孤电子对，所以H₂O的VSEPR模型为四面体，分子空间构型为V型，、CO₂分子中价层电子对=σ 键电子对+中心原子上的孤电子对=2+

1

2

×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直线型结构，故b正确；
c．同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，这几种元素都是第二周期元素，它们的族序数分别是：第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIA族，所以它们的第一电离能大小顺序是I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C）＞I₁（B），故c正确；
d．B一般是形成3个键，（H₃BNH₃）由六元环状化合物（HB=NH）₃通过3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得，其中1个键是配位键，故d正确；
故答案为：a； 
（3）根据金刚石的结构可以判断出金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子，故答案为：4，4；
（4）LiAlH₄和BF₃在一定条件下生成乙硼烷B₂H₆、LiF和AlF₃，根据原子守恒配平方程式为：3LiAlH₄+4BF₃

乙醚  .

2B₂H₆+3LiF+3AlF₃；故答案为：3LiAlH₄+4BF₃

乙醚  .

2B₂H₆+3LiF+3AlF₃；
（5）因为B-O键键能大于B-B键和B-H键，所以更易形成稳定性更强的B-O键，根据键能越大物质越稳定，可知自然界中不存在硼单质，硼氢化物也很少，主要是含氧化物，故答案为：B-O键键能大于B-B键和B-H键，所以更易形成稳定性更强的B-O键；
（6）图（a）是一种链状结构的多硼酸根，从图可看出，每个BO₃^2-单元，都有一个B，有一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别为2个BO₃^2-单元共用，所以B：O=1：（1+2×

1

2

）=1：2，化学式为：BO₂^-，从图（b）是硼砂晶体中阴离子的环状结构可看出，[B₄O₅（OH）₄]^2-一半sp³杂化形成两个四配位BO₄四面体；另一半是sp²杂化形成两个三配位BO₃平面三角形结构，
故答案为：BO₂^-；sp²、sp³．

点评：本题考查了物质结构及其性质，涉及原子杂化方式的判断、配合物的成键情况、元素周期律、晶胞的计算等知识点，题目综合性较强，注意根据价层电子对互斥理论、构造原理等知识来分析解答，题目难度中等．