(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+3CaF2+3H2SO4
  △  
.
 
2BF3↑+3CaSO4+3H2O
、
B2O3+2NH3
 高溫 
.
 
2BN+3H2O
B2O3+2NH3
 高溫 
.
 
2BN+3H2O

(2)基態(tài)B原子的電子排布式為
1s22s22p1
1s22s22p1
;B和N相比,電負(fù)性較大的是
N
N
,BN中B元素的化合價(jià)為
+3
+3

(3)在BF3分子中,F(xiàn)-B-F的鍵角是
120°
120°
,B原子的雜化軌道類型為
sp2
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
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)
共價(jià)鍵(或極性共價(jià)鍵)
,層間作用力為
分子間作用力
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
4
個(gè)氮原子、
4
4
個(gè)硼原子,立方氮化硼的密度是
25×4
(361.5×10-101×)3NA
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NA).
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
(361.5×10-10)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.
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