Question

10．氮化硼（ BN）是一種重要的功能陶瓷材料．以天然硼砂（主要成分Na₂B₄O₇）為起始物，經(jīng)過一系列反應(yīng)可以得到BN和火箭高能燃料及有機(jī)合成催化劑BF₃的過程如下：

（1）寫出由B₂O₃制備BF₃的化學(xué)方程式B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O，BF₃中，B原子的雜化軌道類型為sp²．
（2）已知：硼酸的電離方程式為H₃BO₃+H₂0?[B（OH）₄]^-+H⁺，試依據(jù)上述反應(yīng)寫出[Al（ OH）₄]^-的結(jié)構(gòu)式，并推測1mol NH₄BF₄（氟硼酸銨）中含有2N_A個配位鍵．
（3）由12個硼原子構(gòu)成如圖1的結(jié)構(gòu)單元，硼晶體的熔點為1873℃，則硼晶體的1個結(jié)構(gòu)單元中含有30  個B-B鍵．

（4）氮化硼（BN）晶體有多種相結(jié)構(gòu)．六方相氮化硼（晶體結(jié)構(gòu)如圖2）是通常存在的穩(wěn)定相可作高溫潤滑劑．立方相氮化硼（晶體結(jié)構(gòu)如圖3）是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性．
①關(guān)于這兩種晶體的說法，不正確的是ad（填字母）．
a．兩種晶體均為分子晶體
b．兩種晶體中的B-N鍵均為共價鍵
c．六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟
d．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
②六方相氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電，原因是六方相氮化硼晶體的片狀結(jié)構(gòu)中沒有自由電子．
（5）一種硼酸鹽的陰離子為B₃O₆^n-，B₃O₆^n-結(jié)構(gòu)中只有一個六元環(huán)，B的空間化學(xué)環(huán)境相同，O有兩種空間化學(xué)環(huán)境，畫出B₃O₆^n-的結(jié)構(gòu)圖（注明所帶電荷數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）由工藝流程可知，B₂O₃與氟化鈣、硫酸反應(yīng)生成BF₃，反應(yīng)還生成硫酸鈣與水；
BF₃分子的中心B原子孤電子對數(shù)=$\frac{3-1×3}{2}$=0，價層電子對數(shù)=3+0=3；
（2）H₃BO₃中B原子含有空軌道，與氫氧根離子之間通過配位鍵形成[B（OH）₄]^-，則[Al（ OH）₄]^-中Al也形成1個配位鍵；
NH₄⁺中含有1個配位鍵，BF₄^-中含有1個配位鍵；
（3）每個B原子形成5個B-B鍵，每個B-B鍵為1個B原子提供$\frac{1}{2}$；
（4）a．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，屬于原子晶體；
b．兩種晶體中的B-N鍵均為共價鍵；
c．六方相氮化硼層間作用力為范德華力；
d．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵；
②六方相氮化硼晶體的片狀結(jié)構(gòu)中沒有自由電子；
（5）B為+3價，O為-2價，可知B₃O₆^n-中n=3，結(jié)構(gòu)中只有一個六元環(huán)，B的空間化學(xué)環(huán)境相同，O有兩種空間化學(xué)環(huán)境，六元環(huán)中有3個B原子、3個O原子，B、O原子依次間隔連接，且每個B原子還連接1個不在六元環(huán)上的O原子．

解答 解：（1）由工藝流程可知，B₂O₃與氟化鈣、硫酸反應(yīng)生成BF₃，反應(yīng)還生成硫酸鈣與水，反應(yīng)方程式為：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O，
BF₃分子的中心B原子孤電子對數(shù)=$\frac{3-1×3}{2}$=0，價層電子對數(shù)=3+0=3，B原子的雜化軌道類型為sp²，
故答案為：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；sp²；
（2）H₃BO₃中B原子含有空軌道，與氫氧根離子之間通過配位鍵形成[B（OH）₄]^-，則[Al（ OH）₄]^-中Al也形成1個配位鍵，[Al（ OH）₄]^-的結(jié)構(gòu)式為，
NH₄⁺中含有1個配位鍵，BF₄^-中含有1個配位鍵，1molNH₄BF₄含有2mol配位鍵，即配位鍵數(shù)目為：2N_A，
故答案為：；2N_A；
（3）每個B原子形成5個B-B鍵，每個B-B鍵為1個B原子提供$\frac{1}{2}$，含有B-B鍵數(shù)目為$\frac{12×5}{2}$=30，
故答案為：30；
（4）①a．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，屬于原子晶體，故a錯誤
b．兩種晶體中的B-N鍵均為共價鍵，故b正確；
c．六方相氮化硼層間作用力為范德華力，所以質(zhì)地軟，故c正確；
d．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵，不含π鍵，屬于原子晶體，所以硬度大，故d錯誤，
故選：ad；
②六方相氮化硼晶體的片狀結(jié)構(gòu)中沒有自由電子，而石墨晶體片狀結(jié)構(gòu)中有自由電子，故石墨可以導(dǎo)電、六方相氮化硼不導(dǎo)電，
故答案為：六方相氮化硼晶體的片狀結(jié)構(gòu)中沒有自由電子；
（5）B為+3價，O為-2價，可知B₃O₆^n-中n=3，結(jié)構(gòu)中只有一個六元環(huán)，B的空間化學(xué)環(huán)境相同，O有兩種空間化學(xué)環(huán)境，六元環(huán)中有3個B原子、3個O原子，B、O原子依次間隔連接，且每個B原子還連接1個不在六元環(huán)上的O原子，故結(jié)構(gòu)式為：，
故答案為：．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及陌生方程式書寫、雜化方式判斷、化學(xué)鍵、配合物、晶胞結(jié)構(gòu)與計算、晶體類型與性質(zhì)、微粒結(jié)構(gòu)等，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與靈活運用能力，掌握均攤法進(jìn)行晶胞有關(guān)計算．