Question

3．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，如图1所示：

请回答下列问题：
（1）写出由B₂O₃制备BF₃的化学方程式B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；
（2）基态N原子的轨道表示式为，BN中B元素的化合价为+3；
（3）在BF₃分子中，F-B-F的键角是120°，该分子为非极性分子（填“极性分子”或“非极性分子”），BF₃和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的空间构型为正四面体；
（4）六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似（如图2所示），硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5pm（1pm=10^-10cm），立方氮化硼的密度是$\frac{25×4}{（{361.5×1{0}^{-10}）}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数为N_A）．
（5）原子个数相同、最外层电子总数也相同的化合物是“等电子体”，等电子体的结构相似，B₃N₃H₆与苯是等电子体，被称为“无机苯”，请画出B₃N₃H₆的结构式，其二氯代物有4种．

Answer 1

分析 （1）由图可知，B₂O₃在CaF₂和H₂SO₄条件下加热生成BF₃，根据元素守恒可写出化学方程式；
（2）氮原子核外电子数目为7，据此写出氮原子的电子排布图，同周期从左到右电负性依次增强，所以电负性N＞B，据此判断B的化合价；
（3）价层电子对互斥理论认为：分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果，先判断价层电子对数，再确定分子构型，进而判断键角和分子的极性，以及离子的空间构型；
（4）根据均摊法计算晶胞中N、B原子数目，根据$ρ=\frac{m}{V}$计算密度；
（5）B₃N₃H₆与苯是等电子体，所以它们的结构相似，根据苯的结构可画出B₃N₃H₆的结构，B₃N₃H₆中，间位的二氯代物有两种，其它情况可根据苯环的二氯代物判断．

解答 解：（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$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O，
故答案为：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；
（2）氮原子核外电子数目为7，原子的电子排布图为，同周期从左到右电负性依次增强，所以电负性N＞B；B第ⅢA族元素，为+3价；
故答案为：；+3；
（3）BF₃分子的中心原子B原子上含有3个σ 键，中心原子上的孤电子对数=$\frac{1}{2}$（a-xb）=$\frac{1}{2}$（0-3×1）=0，所以BF₃分子的VSEPR模型是平面三角型，中心原子上没有孤对电子，所以其空间构型就是平面三角形，键角是120°，分子是非极性分子，BF₃和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-中B原子的价层电子对=3+$\frac{1}{2}$×2=4，该离子中不含孤电子对，所以BF₄^-为正四面体结构，
故答案为：120°；非极性分子；正四面体．
（4）晶胞中N原子处于8个顶点和6个面心，数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，4个B处于晶胞内部，N原子数目为4，根据$ρ=\frac{m}{V}$可得，立方氮化硼的密度=$\frac{\frac{4×（14+11）}{{N}_{A}}}{V}$g•cm^-3=$\frac{25×4}{（{361.5×1{0}^{-10}）}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：$\frac{25×4}{（{361.5×1{0}^{-10}）}^{3}{N}_{A}}$；
（5）B₃N₃H₆与苯是等电子体，所以它们的结构相似，根据苯的结构可画出B₃N₃H₆的结构为，B₃N₃H₆中，间位的二氯代物有两种，邻位二氯代物有一种，对位二氯代物有一种，所以共有4种，
故答案为：；4．

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、等电子体、同分异构体等知，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等方法，题目难度中等．