Question

氮化硼（ BN）晶體有多種相結(jié)構(gòu)．六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤滑劑．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性．它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示．

（1）基態(tài)硼原子的電子排布式為

 

．
（2）關(guān)于這兩種晶體的說法，正確的是

 

（填序號(hào)）．
a．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
b．六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟
c．兩種晶體中的B-N鍵均為共價(jià)鍵
d．兩種晶體均為分子晶體
（3）六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為

 

，其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電，原因是

 

．
（4）立方相氮化硼晶體中如圖2，硼原子的雜化軌道類型為

 

．該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300km的占地殼中被發(fā)現(xiàn)．根據(jù)這一礦物形成事實(shí)，推斷實(shí)驗(yàn)室 由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是

 

．
（5）NH₄BF₄ （氟硼酸銨）是合成氮化硼納米管的原料之一．1mol NH₄ BF₄含有

 

mol配位鍵．
（6）金剛石晶胞如圖3所示，晶胞中含有

 

個(gè)碳原子．若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a，根據(jù)硬球接觸模型，則r=

 

a，列式表示碳原子在晶胞中的空間占有率

 

（不要求計(jì)算結(jié)果）．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,原子核外電子排布,判斷簡單分子或離子的構(gòu)型

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）基態(tài)硼原子核外有5個(gè)電子，分別位于1s、2s、2p能級(jí)，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其基態(tài)的電子排布式；
（2）a．立方相氮化硼含有σ鍵不存在π鍵；
b．六方相氮化硼為層狀結(jié)構(gòu)，層間為分子間作用力，作用力小；
c．非金屬元素之間易形成共價(jià)鍵；
d．由圖可知立方相氮化硼是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為原子晶體；
（3）根據(jù)B原子和N原子形成的共價(jià)鍵個(gè)數(shù)及孤電子對(duì)個(gè)數(shù)判斷六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型，該物質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)中不存在自由移動(dòng)的電子；
（4）立方相氮化硼晶體中，根據(jù)硼原子共價(jià)鍵個(gè)數(shù)及孤電子對(duì)個(gè)數(shù)之和判斷；在地殼內(nèi)部，離地面越深，其壓強(qiáng)越大、溫度越高；
（5）一個(gè)NH₄BF₄中N原子和其中一個(gè)H原子之間存在配位鍵、B原子和其中一個(gè)F原子之間存在一個(gè)配位鍵，所以含有2個(gè)配位鍵，據(jù)此計(jì)算；
（6）根據(jù)均攤法計(jì)算出晶胞中碳原子數(shù)；根據(jù)金剛石晶胞的結(jié)構(gòu)，利用立體幾何的知識(shí)，可以計(jì)算出r和a的關(guān)系，以及碳原子的空間利用率．

解答： 解：（1）基態(tài)硼原子核外有5個(gè)電子，分別位于1s、2s、2p能級(jí)，根據(jù)構(gòu)造原理知其基態(tài)的電子排布式1s²2s²2p¹，故答案為：1s²2s²2p¹；
（2）a．立方相氮化硼N原子和B原子之間存在共價(jià)單鍵，所以該化合物中含有σ鍵不存在π鍵，故錯(cuò)誤；
b．六方相氮化硼層間為層狀結(jié)構(gòu)，分子間作用力，作用力小，導(dǎo)致其質(zhì)地軟，故正確；
c．非金屬元素之間易形成共價(jià)鍵，所以N原子和B原子之間存在共價(jià)鍵，故正確；
d．立方相氮化硼為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在分子，為原子晶體，故錯(cuò)誤；
故選bc；
（3）六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子形成3個(gè)共價(jià)單鍵，且B原子不存在孤電子對(duì)，所以構(gòu)成的空間構(gòu)型為平面三角形，該物質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)中不存在自由移動(dòng)的電子，所以不導(dǎo)電，
故答案為：平面三角形；層狀結(jié)構(gòu)中沒有自由移動(dòng)的電子；
（4）立方相氮化硼晶體中，硼原子和四個(gè)N原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，所以B原子的雜化軌道類型為sp³，在地殼內(nèi)部，離地面越深，其壓強(qiáng)越大、溫度越高，根據(jù)題干知，實(shí)驗(yàn)室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是高溫高壓，故答案為：sp³；高溫高壓；
（5）一個(gè)NH₄BF₄中N原子和其中一個(gè)H原子之間存在配位鍵、B原子和其中一個(gè)F原子之間存在一個(gè)配位鍵，所以含有2個(gè)配位鍵，則1mol NH₄BF₄含有2mol配位鍵，
故答案為：2；
（6）根據(jù)均攤法可計(jì)算出晶胞中碳原子數(shù)為8×

1

8

+6×

1

2

+4=8；根據(jù)金剛石晶胞的結(jié)構(gòu)可知，晶胞的體對(duì)角線為4個(gè)碳原子直徑的長度，即

3

a=8r，所以r=

3

8

a，晶胞中8個(gè)碳原子的體積為8×

4

3

πr3，而晶胞的體積為a³，所以碳原子在晶胞中的空間占有率為

8× 4 3 πr3

a3

=

3 π

16

，故答案為：8；

3

8

；

3 π

16

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及配位鍵、原子雜化方式的判斷、微粒空間構(gòu)型的判斷、晶胞結(jié)構(gòu)的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，這些知識(shí)點(diǎn)都是考試高頻點(diǎn)，根據(jù)配位鍵的概念、價(jià)層電子對(duì)互斥理論等知識(shí)點(diǎn)來分析解答，題目難度中等．