Question

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(guò)一系列反應(yīng)可以得到BF₃和BN，如下圖所示
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）由B₂O₃制備BF₃、BN的化學(xué)方程式依次是______、______；
（2）基態(tài)B原子的電子排布式為_(kāi)_____；B和N相比，電負(fù)性較大的是______，BN中B元素的化合價(jià)為_(kāi)_____；
（3）在BF₃分子中，F(xiàn)-B-F的鍵角是______，B原子的雜化軌道類(lèi)型為_(kāi)_____，BF₃和過(guò)量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的立體結(jié)構(gòu)為_(kāi)_____；
（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_(kāi)_____，層間作用力為_(kāi)_____；
（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(zhǎng)為361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有______個(gè)氮原子、______個(gè)硼原子，立方氮化硼的密度是______g?pm^-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

（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(duì)互斥理論，計(jì)算出BF₃的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，并且價(jià)層電子對(duì)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(duì)電子對(duì)數(shù)=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，其價(jià)層電子對(duì)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（361.5pm）³，因此立方氮化硼的密度是

25×4

(361.5×10-101×)3NA

g?pm^-3．故答案為：

25×4

(361.5×10-101×)3NA

．