Question

20．硼及其化合物的研究在無機化學(xué)的發(fā)展中占有獨特的地位．
（1）Ga與B同主族，Ga的基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，從原子結(jié)構(gòu)的角度分析，B、N、O元素的第一電離能由大到小的順序是N＞O＞B
（2）硼酸（H₃B0₃）是白色片狀晶體（層狀結(jié)構(gòu)如圖），有滑膩感，在冷水中溶解度很小，加熱時溶解度增大硼元素具有缺電子性，其化合物往往具有加合性．在硼酸[B（OH）₃]分子中，B原子與3個羥基相連，其晶體具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)，則分子中B原子雜化軌道的類型是sp²，其同層分子間的主要作用力是氫鍵
（3）已知H₃BO₃與足量kOH溶液反應(yīng)的離子方程式為H₃BO₃+OH^-═B（OH）₄^-，寫出硼酸的電離方程式：H₃BO₃+H₂O H⁺+B（OH）₄^-
（4）硼氫化鈉（NaBH₄）是有機化學(xué)中的一種常用還原劑，在熱水中水解生成硼酸鈉和氫氣，用化學(xué)方程式表示其反應(yīng)原理NaBH₄+4H₂O═Na[B（OH）₄]+4H₂↑[BH₄]^-的空問構(gòu)型是正四面體
（5）石墨烯可轉(zhuǎn)化為富勒烯（C₆₀），某金屬M與C₆₀可制備一種低溫超導(dǎo)材料，晶胞如圖所示，M原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部．該晶胞中M原子的個數(shù)為12，該材料的化學(xué)式為M₃C₆₀．

Answer 1

分析 （1）Ga原子核外電子數(shù)為31，結(jié)合能量最低原理書寫基態(tài)原子核外電子排布式；
同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，N元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（2）在硼酸[B（OH）₃]分子中，B原子與3個羥基相連，B原子沒有孤對電子，雜化軌道數(shù)目為3；
硼酸晶體具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)，不同層之間為范德華力，同層分子間為氫鍵；
（3）H₃BO₃與足量KOH溶液反應(yīng)的離子方程式為H₃BO₃+OH^-═B（OH）₄^-，硼酸為一元弱酸，電離生成B（OH）₄^-與氫離子；
（4）硼氫化鈉（NaBH₄）在熱水中水解生成硼酸鈉和氫氣，[BH₄]^-中B原子孤電子對數(shù)=$\frac{3+1-1×4}{2}$=0，價層電子對數(shù)=4+0=4；
（5）根據(jù)均攤法計算晶胞之間M原子數(shù)目、C₆₀分子數(shù)目，進而確定化學(xué)式．

解答 解：（1）Ga原子核外電子數(shù)為31，由能量最低原理，可知基態(tài)原子核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，N元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能為：N＞O＞B，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹；N＞O＞B；
（2）在硼酸[B（OH）₃]分子中，B原子與3個羥基相連，B原子沒有孤對電子，雜化軌道數(shù)目為3，分子中B原子雜化軌道的類型是sp²，硼酸晶體具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)，不同層之間為范德華力，同層分子間氧原子與氫原子之間形成氫鍵，
故答案為：sp²；氫鍵；
（3）H₃BO₃與足量KOH溶液反應(yīng)的離子方程式為H₃BO₃+OH^-═B（OH）₄^-，硼酸為一元弱酸，電離生成B（OH）₄^-與氫離子，電離方程式為：H₃BO₃+H₂O H⁺+B（OH）₄^-，
故答案為：H₃BO₃+H₂O H⁺+B（OH）₄^-；
（4）硼氫化鈉（NaBH₄）在熱水中水解生成硼酸鈉和氫氣，反應(yīng)方程式為：NaBH₄+4H₂O═Na[B（OH）₄]+4H₂↑，[BH₄]^-中B原子孤電子對數(shù)=$\frac{3+1-1×4}{2}$=0，價層電子對數(shù)=4+0=4，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形：，
故答案為：NaBH₄+4H₂O═Na[B（OH）₄]+4H₂↑；正四面體；
（5）晶胞中M原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部，棱上有12個M，內(nèi)部有9個M，該晶胞中M原子的個數(shù)為 12×$\frac{1}{4}$+9=12，C₆₀處于頂點與面心，則晶胞中C₆₀數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，M原子和C₆₀分子的個數(shù)比為3：1，則該材料的化學(xué)式為M₃C₆₀，
故答案為：12；M₃C₆₀．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化方式與空間結(jié)構(gòu)判斷、晶胞有關(guān)計算以及信息獲取與遷移運用等，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，難度中等．