Question

硼元素B在化學中有很重要的地位．硼的化合物在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、玻璃工業(yè)等方面用途很廣．
請回答下列問題：
（1）寫出與B元素同主族的Ga元素的基態(tài)原子核外電子排布式

 

．
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為

 

．
（2）立方氮化硼可利用人工方法在高溫高壓條件下合成，屬于超硬材料．同屬原子晶體的氮化硼（BN）比晶體硅具有更高硬度和耐熱性的原因是

 

．
（3）在BF₃分子中中心原子的雜化軌道類型是

 

，SiF₄微粒的空間構(gòu)型是

 

．又知若有d軌道參與雜化，能大大提高中心原子成鍵能力．試解釋為什么BF₃、SiF₄水解的產(chǎn)物中，除了相應(yīng)的酸外，前者生成BF₄^一后者卻是生成SiF₆^2-：

 

．
（4）科學家發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K時呈超導性，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．

如圖是該晶體微觀空間中取出的部分原子沿Z軸方向的投影，白球是鎂原子投影，黑球是硼原子投影，圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上．根據(jù)圖示確定硼化鎂的化學式為

 

．

Answer 1

分析：（1）鎵是31號元素，其原子核外有31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；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；
（2）原子晶體的硬度與原子半徑、鍵長成反比；
（3）根據(jù)價層電子對互斥理論確定其雜化方式及空間構(gòu)型；B原子最外電子層為L層，無d軌道；而Si原子最外層為N層，有d軌道；
（4）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）鎵位于周期表中第四周期第IIIA，故其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p¹或[Ar]3d¹⁰4s²4p¹；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：1s²2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p¹；N＞O＞B；
（2）原子晶體的硬度與原子半徑、鍵長成反比，N原子和B原子的半徑比硅原子小，B-N鍵長比Si-Si短鍵能大，所以氮化硼（BN）比晶體硅具有更高硬度和耐熱性，
故答案為：N原子和B原子的半徑比硅原子小，B-N鍵長比Si-Si短；
（3）在BF₃分子中B原子的價層電子對等于3，且沒有孤電子對，所以中心原子的雜化軌道類型是sp²雜化，SiF₄中硅原子含有4個共價鍵，且不含孤電子對，中心原子的雜化軌道類型是sp³雜化，所以它的空間構(gòu)型是正四面體型；B原子最外電子層為L層，無d軌道，而Si原子最外層為N層，有d軌道，可參與雜化，使Si配位數(shù)增加至6；
故答案為：sp²；正四面體；B原子最外電子層為L層，無d軌道；而Si原子最外層為N層，有d軌道，可參與雜化，使Si配位數(shù)增加至6；
（4）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

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

1

6

，由此可知：鎂硼原子個數(shù)比=

1

6

：

1

3

=1：2，故硼化鎂的化學式為MgB₂，
故答案為：MgB₂．

點評：本題考查較綜合，注意同一周期中第一電離能的變化趨勢及異�，F(xiàn)象，為易錯點，該題難點是確定硼化鎂的化學式，利用均攤法來解答即可，題目難度中等．