Question

17．硼元素在化學(xué)中有很重要的地位，硼的化合物在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、玻璃等方面用途很廣．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）含硼鋼和含鉻鋼是兩種重要的合金鋼．基態(tài)硼原子核外電子有5種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，鉻原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹或[Ar]3d⁵4s¹．
（2）BF₃在常溫常壓下為具有刺鼻惡臭和強(qiáng)刺激性氣味的無(wú)色有毒腐蝕性氣體，其分子的立體構(gòu)型為平面正三角形，BF₃屬于分子晶體．
（3）化合物A（H₃BNH₃）是一種潛在的儲(chǔ)氫材料，可利用化合物B₃N₃H₆通過(guò)如下反應(yīng)制得：3CH₄+2B₃N₃H₆+6H₂O═3CO₂+6H₃BNH₃．
①H₃BNH₃分子中是否存在配位鍵是（填“是”或“否”），B、C、N、O的第一電離能由大到小的順序?yàn)镹＞O＞C＞B．
②與B₃N₃H₆互為等電子體的分子為C₆H₆（填分子式）．B₃N₃H₆為非極性分子，根據(jù)等電子原理寫出B₃N₃H₆的結(jié)構(gòu)式．
（4）硼酸（H₃BO₃）是一種片層狀結(jié)構(gòu)的白色晶體，如圖1所示層內(nèi)的H₃BO₃分子間通過(guò)氫鍵相連．則1mol H₃BO₃的晶體中有3mol氫鍵，硼酸溶于水生成弱電解質(zhì)-水合硼酸B（OH）₃•H₂O，它電離生成少量[B（OH）₄]^-和H⁺，則硼酸為一元酸．
（5）在硼酸鹽中，陰離子有鏈狀、環(huán)狀、骨架狀等多種結(jié)構(gòu)形式．圖2為一種無(wú)限長(zhǎng)鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，其最簡(jiǎn)式為BO₂^-，圖3為硼砂晶體中陰離子的結(jié)構(gòu)圖，其中硼原子采取的雜化方式為sp²、sp³．

Answer 1

分析 （1）硼為5號(hào)元素，核外有5個(gè)電子；鉻原子核外有24個(gè)電子；
（2）首先判斷中心原子形成的δ鍵數(shù)目，然后判斷孤對(duì)電子數(shù)目，以此判斷雜化類型，結(jié)合價(jià)層電子對(duì)互斥模型可判斷分子的空間構(gòu)型；
（3）①根據(jù)B的最外層電子數(shù)及形成的共價(jià)鍵數(shù)判斷；同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素；
②原子數(shù)相同，電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體；根據(jù)等電子體結(jié)構(gòu)相似原理確定B₃N₃H₆的結(jié)構(gòu)式；
（4）利用均攤法計(jì)算含1molH₃BO₃的晶體中的氫鍵；根據(jù)硼酸電離出的氫離子數(shù)判斷；
（5）有1個(gè)O連著一個(gè)B，剩余的兩個(gè)O分別連著2個(gè)B，說(shuō)明有一個(gè)O完全屬于B，剩下的兩個(gè)O，B只占有O的$\frac{1}{2}$；硼砂晶體中陰離子[B₄O₅（OH）₄]^2-中一半sp³雜化形成BO₄四面體；另一種是sp²雜化形成BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)．

解答 解：（1）硼為5號(hào)元素，核外有5個(gè)電子，所以基態(tài)硼原子核外電子有 5種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；鉻原子核外有24個(gè)電子，基態(tài)Cr原子的電子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹或[Ar]3d⁵4s¹；
故答案為：5；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹或[Ar]3d⁵4s¹；
（2）BF₃中B原子形成3個(gè)δ鍵，孤對(duì)電子數(shù)為$\frac{1}{2}$（3-3×1）=0，BF₃中價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=3+$\frac{1}{2}$（3-3×1）=3，且不含孤電子對(duì)，所以空間構(gòu)型是平面三角形，中心原子是以sp²雜化，
故答案為：平面三角形；sp²；
（3）①B的最外層電子數(shù)為3，能形成的3個(gè)共價(jià)鍵，化合物A（H₃BNH₃）中B與H形成3個(gè)共價(jià)鍵，B原子的空軌道與N原子的孤對(duì)電子形成配位鍵；同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，這幾種元素都是第二周期元素，B、C、N、O的族序數(shù)分別是：第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIA族，所以它們的第一電離能大小順序是N＞O＞C＞B，
故答案為：是；N＞O＞C＞B；
②原子數(shù)相同，電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體，與（HB=NH）₃互為等電子體的分子為C₆H₆，B₃N₃H₆的結(jié)構(gòu)式與苯相似，其結(jié)構(gòu)式為，
故答案為：C₆H₆；；
（4）1個(gè)硼酸分子形成了6個(gè)氫鍵，但每個(gè)氫鍵是2個(gè)硼酸分子共用的，所以平均含3個(gè)氫鍵，則含有1molH₃BO₃的晶體中有3mol氫鍵；硼酸溶于水生成弱電解質(zhì)一水合硼酸B（OH）₃•H₂ O，它電離生成少量[B（OH）₄]^一和H⁺，所以硼酸屬于一元酸；
故答案為：3；一；
（5）圖（2）是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，從圖可看出，每個(gè)BO₃^2-單元，都有一個(gè)B，有一個(gè)O完全屬于這個(gè)單元，剩余的2個(gè)O分別為2個(gè)BO₃^2-單元共用，所以B：O=1：（1+2×$\frac{1}{2}$）=1：2，化學(xué)式為：BO₂^-，從圖（3）是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)可看出，[B₄O₅（OH）₄]^2-一半sp³雜化形成兩個(gè)四配位BO₄四面體；另一半是sp²雜化形成兩個(gè)三配位BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)，
故答案為：BO₂^-；sp²、sp³．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)，涉及原子雜化方式的判斷、價(jià)電子排布式的書寫、元素周期律、晶胞的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，題目綜合性較強(qiáng)，注意根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論、構(gòu)造原理等知識(shí)來(lái)分析解答，題目難度中等．