Question

5．硼元素在化學(xué)中有很重要的地位，硼及其化合物廣泛應(yīng)用于永磁材料、超導(dǎo)材料、復(fù)合材料等高新材料領(lǐng)域．
（1）寫出硼元素基態(tài)原子的電子排列圖1s²2s²2p¹．
（2）B、N、O 元素的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞B（用元素符號表示）．
（3）與三氯化硼互為等電子體的一種分子的化學(xué)式為SO₃．
（4）磷化硼（BP）是一種磨材料．它是由三溴化硼和三溴化磷在氫氣氣氛中，高溫（＞75℃）下制得的．它的晶體結(jié)構(gòu)單元與金剛石類似．寫出生成BP的反應(yīng)方程式BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BP+6HBr；已知BP晶胞參數(shù)為a pm，則BP密度的表達(dá)式為$\frac{4×\frac{M}{{N}_{a}}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³（用含a、N_a的式子表示）．
（5）正硼酸（H₃BO₃）是一種片層狀結(jié)構(gòu)白色晶體，層內(nèi)的H₃BO₃分子間通過氫鍵相連（如圖l）
①1mol H₃BO₃的晶體中有3mol氫鍵．
②硼酸溶于水后，電離生成少量[B（OH）₄]^-和H⁺離子．[B（OH）₄]^-中B原子雜化類型為正四面體型．
（6）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K時呈超導(dǎo)性，在硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布的，一層鎂一層硼相間排列-．如圖2是該晶體微觀空間取出的部分原子在同一平面上的投影，硼化鎂的化學(xué)式為MgB₂．

Answer 1

分析 （1）B原子核外有5個電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式；
（2）同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大的趨勢，但第IIA族和第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素；
（3）原子個數(shù)相等、價電子數(shù)相等的微粒互為等電子體，等電子體的結(jié)構(gòu)相似；
（4）根據(jù)元素守恒可寫出合成磷化硼的化學(xué)反應(yīng)方程式；根據(jù)圖知，該晶胞是面心立方最密堆積，若該晶體中最鄰近的兩個P原子之間的距離為a pm，晶胞的棱長=$\sqrt{2}$apm，該晶胞中P原子個數(shù)=$8×\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，B原子個數(shù)為4，晶胞密度=$\frac{4×\frac{M}{Na}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（5）利用均攤法計算含1molH₃BO₃的晶體中的氫鍵；[B（OH）₄]^-中B原子的價層電子對數(shù)分析；
（6）1個B原子為3個Mg原子共用，1個Mg原子為6個B原子共用，利用均攤法計算硼原子和鎂原子的個數(shù)比．

解答 解：（1）B原子核外有5個電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p¹，故答案為：1s²2s²2p¹；
（2）同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大的趨勢，但第IIA族和第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，所以三種元素的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞B，故答案為：N＞O＞B；
（3）原子個數(shù)相等、價電子數(shù)相等的微�；�為等電子體，可知SO₃等符合，故答案為：SO₃（其他合理答案也對）；
（4）根據(jù)元素守恒可知由三溴化硼和三溴化磷在氫氣中高溫反應(yīng)合成磷化硼的化學(xué)反應(yīng)方程式為BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BP+6HBr，
根據(jù)圖知，該晶胞是面心立方最密堆積，若該晶體中最鄰近的兩個P原子之間的距離為a pm，晶胞的棱長=$\sqrt{2}$apm，該晶胞中P原子個數(shù)=$8×\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，B原子個數(shù)為4，晶胞密度=$\frac{4×\frac{M}{{N}_{a}}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$，故答案為：BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BP+6HBr；$\frac{4×\frac{M}{{N}_{a}}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（5）一個H₃BO₃分子對應(yīng)著6個氫鍵，一個氫鍵對應(yīng)著2個H₃BO₃分子，因此含有1 molH₃BO₃分子的晶體中有3mol氫鍵，[B（OH）₄]^-中B原子形成4個共價鍵，則B原子的價層電子對數(shù)為4，為sp³雜化，沒有孤電子對，空間結(jié)構(gòu)為正四面體型；
故答案為：3；正四面體型；
（6）根據(jù)投影可知，1個B原子為3個Mg原子共用，故屬于一個Mg原子的B原子為$\frac{1}{3}$；1個Mg原子為6個B原子共用，故用于一個B原子的Mg原子為$\frac{1}{6}$．由此可知Mg鎂硼原子個數(shù)比=1：2，故硼化鎂的化學(xué)式為MgB₂，故答案為：MgB₂．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點，涉及晶胞計算、等電子體、晶體類型判斷等知識點，明確基本原理、基本計算機物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)是解本題關(guān)鍵，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計算能力，題目難度中等．