Question

（2011?江西）氮化硼（BN）是一種重要的功能陶瓷材料．以天然硼砂為起始物，經(jīng)過一系列反應(yīng)可以得到BF₃和BN，如下圖所示
請回答下列問題：
（1）由B₂O₃制備BF₃、BN的化學(xué)方程式依次是

B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O

、

B₂O₃+2NH₃

高溫  .

2BN+3H₂O

；
（2）基態(tài)B原子的電子排布式為

1s²2s²2p¹

；B和N相比，電負(fù)性較大的是

N

，BN中B元素的化合價(jià)為

+3

；
（3）在BF₃分子中，F(xiàn)-B-F的鍵角是

120°

，B原子的雜化軌道類型為

sp²

，BF₃和過量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的立體結(jié)構(gòu)為

正四面體

；
（4）在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學(xué)鍵為

共價(jià)鍵（或極性共價(jià)鍵）

，層間作用力為

分子間作用力

；
（5）六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，晶胞邊長為361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有

4

個(gè)氮原子、

4

個(gè)硼原子，立方氮化硼的密度是

25×4

(361.5×10-101×)3NA

g?cm^-3（只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A）．

Answer 1

分析：（1）由圖及元素守恒可寫出這兩個(gè)反應(yīng)的方程式：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃+2NH₃

高溫  .

2BN+3H₂O；
（2）B的原子序數(shù)為5，其基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p¹；B和N都屬于第二周期元素，同周期自左至右元素的電負(fù)性逐漸增大，故電負(fù)性較大的是N；B屬于第ⅢA族元素，化合價(jià)為+3價(jià)．
（3）依據(jù)價(jià)層電子對互斥理論，計(jì)算出的孤對電子對數(shù)以及價(jià)層電子對數(shù)，可判斷出分子的空間構(gòu)型；
（4）B、N均屬于非金屬元素，二者形成的化學(xué)鍵是極性共價(jià)鍵；根據(jù)其結(jié)構(gòu)與石墨相似，層與層之間應(yīng)該靠分子間作用力結(jié)合．
（5）描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫做晶胞，金剛石晶胞是立方體，其中8個(gè)頂點(diǎn)有8個(gè)碳原子，6個(gè)面各有6個(gè)碳原子，立方體內(nèi)部還有4個(gè)碳原子，如圖所示：所以金剛石的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個(gè)N和4個(gè)B原子．一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為

25g

NA

×4，一個(gè)立方氮化硼晶胞的體積是（361.5cm）³，因此立方氮化硼的密度是 

25×4

(361.5×10-101×)3NA

g?cm^-3．．

解答：解：（1）由圖可知B₂O₃與CaF₂和H₂SO₄反應(yīng)即生成BF₃，同時(shí)還應(yīng)該產(chǎn)生硫酸鈣和水，方程式為B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃與氨氣在高溫下反應(yīng)即生成BN，方程式為
B₂O₃+2NH₃

高溫  .

2BN+3H₂O；故答案為：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃+2NH₃

高溫  .

2BN+3H₂O；
（2）基態(tài)B原子的電子排布式為1s²2s²sp¹；B與N 均位于第二周期，電負(fù)性從左向右依次遞減，所以N的電負(fù)性大于B；BN中B元素的化合價(jià)為+3．故答案為：1s²2s²sp¹；N；+3；
（3）依據(jù)價(jià)層電子對互斥理論，計(jì)算出BF₃的孤對電子對數(shù)=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，并且價(jià)層電子對數(shù)為3，所以BF₃分子為平面正三角形結(jié)構(gòu)，鍵角為120°，雜化方式為sp²；BF₄^-中心原子的孤對電子對數(shù)=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，其價(jià)層電子對數(shù)為4，所以其結(jié)構(gòu)為正四面體．故答案為：120°；sp²；正四面體；
（4）B、N均屬于非金屬元素，二者形成的化學(xué)鍵是極性共價(jià)鍵；根據(jù)石墨結(jié)構(gòu)可知六方氮化硼晶體中，層與層之間靠分子間作用力結(jié)合．故答案為：共價(jià)鍵（或極性共價(jià)鍵）；分子間作用力；
（5）根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)可以判斷出金剛石的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，因此一個(gè)立方氮化硼晶胞中含有4個(gè)N原子和4個(gè)B原子．一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為

25g

NA

×4，一個(gè)立方氮化硼晶胞的體積是（361.5cm）³，因此立方氮化硼的密度是 

25×4

(361.5×10-101×)3NA

g?cm^-3．故答案為：

25×4

(361.5×10-101×)3NA

．

點(diǎn)評：本題考查較為全面，涉及到化學(xué)方程式的書寫、電子排布式、分子空間構(gòu)型、雜化類型的判斷以及有關(guān)晶體的計(jì)算，但解題具有較強(qiáng)的方法性和規(guī)律性，學(xué)習(xí)中注意總結(jié)如何書寫電子排布式，如何判斷分子空間構(gòu)型以及有關(guān)晶體計(jì)算等方法．