Question

【題目】新型無機非金屬材料中，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，經過一系列反應可以得到BF3和BN，如下圖所示：

請回答下列問題：

（1） 由B2O3制備BN的化學方程式是_________________________________；

（2） 基態B原子的電子排布圖為________________；B和N相比，電負性較大的是__________，BN中B元素的化合價為__________；

（3） 在BF3分子中，F—B—F的鍵角是________， B原子的雜化軌道類型為________，BF3和過量NaF作用可生成NaBF4，BF－4的立體構型為________；

（4） 在與石墨結構相似的六方氮化硼晶體中，層內B原子與N原子之間的化學鍵為___________________，層間作用力為________；

（5） 六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉化為立方氮化硼，其結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當，晶胞邊長為361.5 pm，立方氮化硼的一個晶胞中含有______個氮原子、________個硼原子，立方氮化硼的密度是________g·cm－3(只要求列算式，不必計算出數值，阿伏加德羅常數為NA，右圖為金剛石晶胞)。

Answer 1

【答案】（1）B2O3+3CaF2+3H2SO42BF3↑+3CaSO4+3H2O B2O3+2NH32BN+3H2O

（2）1s22s2sp1 N +3

（3）120° sp2 正四面體

（4）共價鍵(或極性共價鍵) 分子間作用力

（5）

【解析】

試題分析：（1）由圖可知B2O3與CaF2和H2SO4反應即生成BF3，同時還應該產生硫酸鈣和水，方程式為B2O3+3CaF2+3H2SO42BF3↑+3CaSO4+3H2O；B2O3與氨氣在高溫下反應即生成BN，方程式為B2O3+2NH32BN+3H2O；

（2）基態B原子的電子排布式為1s22s2sp1；B與N 均位于第二周期，電負性從左向右依次遞減，所以N的電負性大于B；BN中B元素的化合價為+3；

（3）依據價層電子對互斥理論，計算出BF3的孤對電子對數=×(a-xb)=×(3-3×1)=0，并且價層電子對數為3，所以BF3分子為平面正三角形結構，鍵角為120°，雜化方式為sp2；BF4-中心原子的孤對電子對數=×(a-xb)=×(4-4×1)=0，其價層電子對數為4，所以其結構為正四面體；

（4）B、N均屬于非金屬元素，二者形成的化學鍵是極性共價鍵；根據石墨結構可知六方氮化硼晶體中，層與層之間靠分子間作用力結合；

（5）根據金剛石的結構可以判斷出金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數=8×+6×+4=8，因此一個立方氮化硼晶胞中含有4個N原子和4個B原子．一個晶胞中的質量為×4，一個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gpm-3。