Question

17．硼元素在化學中有很重要的地位，硼的化合物在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、玻璃等方面用途很廣．請回答下列問題：
（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種不同的運動狀態(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刺激性氣味的無色有毒腐蝕性氣體，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）是一種潛在的儲氫材料，可利用化合物B₃N₃H₆通過如下反應制得：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為N＞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為一種無限長鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，其最簡式為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號元素，核外有5個電子；鉻原子核外有24個電子；
（2）首先判斷中心原子形成的δ鍵數(shù)目，然后判斷孤對電子數(shù)目，以此判斷雜化類型，結(jié)合價層電子對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，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O連著一個B，剩余的兩個O分別連著2個B，說明有一個O完全屬于B，剩下的兩個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號元素，核外有5個電子，所以基態(tài)硼原子核外電子有 5種不同的運動狀態(tài)；鉻原子核外有24個電子，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δ鍵，孤對電子數(shù)為$\frac{1}{2}$（3-3×1）=0，BF₃中價層電子對個數(shù)=3+$\frac{1}{2}$（3-3×1）=3，且不含孤電子對，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個共價鍵，化合物A（H₃BNH₃）中B與H形成3個共價鍵，B原子的空軌道與N原子的孤對電子形成配位鍵；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，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個硼酸分子形成了6個氫鍵，但每個氫鍵是2個硼酸分子共用的，所以平均含3個氫鍵，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BO₃^2-單元，都有一個B，有一個O完全屬于這個單元，剩余的2個O分別為2個BO₃^2-單元共用，所以B：O=1：（1+2×$\frac{1}{2}$）=1：2，化學式為：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雜化形成兩個四配位BO₄四面體；另一半是sp²雜化形成兩個三配位BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)，
故答案為：BO₂^-；sp²、sp³．

點評 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、價電子排布式的書寫、元素周期律、晶胞的計算等知識點，題目綜合性較強，注意根據(jù)價層電子對互斥理論、構(gòu)造原理等知識來分析解答，題目難度中等．