题目内容
氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料,以天然硼砂为起始物,经过一系列反应可以得到BF3和BN,如下图所示:
![]()
请回答下列问题:
1)由B2O3制备BF3、BN的化学方程式依次是 、 ;
2)基态B原子的电子排布式为 ;B和N相比,电负性较大的是 ,BN中B元素的化合价为 ;
3)在BF3分子中,F-B-F的键角是 ,B原子的杂化轨道类型为 ,BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,BF4-的立体构型为 ;
4)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中,层内B原子与N原子之间的化学键为 ,层间作用力为 ;
5)六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5pm,立方氮化硼晶胞中含有 个氮原子、 个硼原子,立方氮化硼的密度是 g/cm3(只要求列算式,不必计算出数值。阿伏伽德罗常数为NA)。
(15分)
1)B2O3+3CaF2+3H2SO4 = 2BF3↑+3CaSO4+3H2O、
B2O3+2NH3
2BN+3H2O;
2)1s22s22p1;N,+3;
3)120°,sp2,正四面体;
4)共价键,分子间作用力;
5)4、4,4×25/(NA×(361.5×10-10)3)。
【解析】
试题分析:1)由图可知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;B2O3与氨气在高温下反应即生成BN,方程式为
B2O3+2NH3
2BN+3H2O;故答案为:B2O3+3CaF2+3H2SO4
2BF3↑+3CaSO4+3H2O;B2O3+2NH3
2BN+3H2O;
2)基态B原子的电子排布式为1s22s2sp1;B与N 均位于第二周期,电负性从左向右依次递减,所以N的电负性大于B;BN中B元素的化合价为+3.故答案为:1s22s2sp1;N;+3;
3)依据价层电子对互斥理论,计算出BF3的孤对电子对数=(1/2)×(a-xb)=(1/2)×(4-4×1)=0,并且价层电子对数为3,所以BF3分子为平面正三角形结构,键角为120°,杂化方式为sp2;BF4-中心原子的孤对电子对数==(1/2)×(a-xb)==(1/2)×(4-4×1)=0,其价层电子对数为4,所以其结构为正四面体.故答案为:120°;sp2;正四面体;
4)B、N均属于非金属元素,二者形成的化学键是极性共价键;根据石墨结构可知六方氮化硼晶体中,层与层之间靠分子间作用力结合.故答案为:共价键(或极性共价键);分子间作用力;
5)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,因此一个立方氮化硼晶胞中含有4个N原子和4个B原子.一个晶胞中的质量为25g/ NA×4,一个立方氮化硼晶胞的体积是(361.5cm)3,因此立方氮化硼的密度是(25×4)/ [(361.5×10-101×)3NA] g?cm-3。
考点:元素电离能、电负性的含义及应用 原子核外电子的能级分布 键能、键长、键角及其应用 晶胞的计算
点评:本题考查较为全面,涉及到化学方程式的书写、电子排布式、分子空间构型、杂化类型的判断以及有关晶体的计算,但解题具有较强的方法性和规律性,学习中注意总结如何书写电子排布式,如何判断分子空间构型以及有关晶体计算等方法。