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原子的雜化軌道類型為_(kāi)_______，BF₃和過(guò)量NaF作用可生成NaBF₄，的立體構(gòu)型為_(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·cm^－3(只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值。阿伏加德羅常數(shù)為N_A)。

Answer 1

(1)B₂O₃＋3CaF₂＋3H₂SO₄2BF₃↑＋3CaSO₄＋3H₂O   B₂O₃＋2NH₃2BN＋3H₂O
(2)1s²2s²2p¹　    N　    ＋3 (3)120°　      sp²　    正四面體
(4)共價(jià)鍵(極性共價(jià)鍵)　 分子間作用力
(5)  4　   4　        

試題分析：(1)根據(jù)反應(yīng)物以及原子守恒可知，該反應(yīng)的方程式是B₂O₃＋3CaF₂＋3H₂SO₄2BF₃↑＋3CaSO₄＋3H₂O，B₂O₃＋2NH₃2BN＋3H₂O。
(2)根據(jù)工作原理可知，基態(tài)B原子的電子排布式為1s²2s²2p¹；非金屬性越強(qiáng)，電負(fù)性越大，則B和N相比，電負(fù)性較大的是N，所以BN中B元素的化合價(jià)為＋3價(jià)。
（3）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論可知，在BF₃分子中B原子含有的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)＝（3－3×1）÷2＝0，所以該分子是平面正三角形結(jié)構(gòu)，則F－B－F的鍵角是120°，B原子的雜化軌道類型為sp²。的立體構(gòu)型為正四面體型結(jié)構(gòu)。
（4）B原子與N原子都是非金屬元素，則二者之間的化學(xué)鍵為極性鍵。根據(jù)石墨的結(jié)構(gòu)可知，層間作用力為分子間作用力。
（5）立方氮化硼的晶體結(jié)構(gòu)和金剛石類似，則在其晶胞中含有的氮原子和硼原子的個(gè)數(shù)都是個(gè)。晶胞邊長(zhǎng)為361.5pm，則，解得密度ρ＝。
點(diǎn)評(píng)：該題是高考中的常見(jiàn)題型，屬于中等難度的試題。試題綜合性強(qiáng)，側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練，旨在考查學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)試能力和邏輯推理能力。也有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣。