Question

15．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）BF₃中B原子的杂化轨道类型为sp²杂化，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2N_A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．

Answer 1

分析 （1）根据价层电子对互斥理论确定其杂化方式及空间构型；
（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．

解答 解：（1）在BF₃分子中B原子的价层电子对=3，且没有孤电子对，所以中心原子的杂化轨道类型是sp²杂化，所以它的空间构型是平面正三角形，
故答案为：sp²杂化；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2N_A个配位键，
故答案为：；2N_A；
（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$\frac{1}{5}$，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，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，
故答案为：12．

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．