Question

【題目】3月調研）[化學——選修3：物質結構與性質]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，經過一系列反應可以得到BN和火箭高能燃料及有機合成催化劑BF3的過程如下：

（1）寫出由B203制備BF3的化學方程式 ，BF3中B原子的雜化軌道類型為____，BF3分子空間構型為____。

（2）在硼、氧、氟、氮中第一電離能由大到小的順序是（用元素符號表示）____。

（3）已知：硼酸的電離方程式為H3B03 +H20 [B（OH）4] - +H+，試依據上述反應寫出[ Al（ OH）4] -的結構式____，并推測1mol NH4BF4（氟硼酸銨）中含有____個配位鍵。

（4）由12個硼原子構成如圖1的結構單元，硼晶體的熔點為1873℃，則硼晶體的1個結構單元中含有____ 個B-B鍵。

（5）氮化硼（BN）晶體有多種相結構。六方相氮化硼（晶體結構如圖2）是通常存在的穩定相可作高溫潤滑劑。立方相氮化硼（晶體結構如圖3）是超硬材料，有優異的耐磨性。

①關于這兩種晶體的說法，不正確的是____（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內B-N鍵數與硼原子數之比為__ __，其結構與石墨相似卻不導電，原因是____。

③立方相氮化硼晶體中，每個硼原子連接____個六元環。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300 km的古地殼中被發現。根據這一礦物形成事實，推斷實驗室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應是 。

Answer 1

【答案】（1） sp2 （1分）； 平面正三角形 （1分）

（2）F＞N＞O＞B （1分）

（4）30 （2分）

（5）①ad （2分）；

②3:1 （1分）；立方氮化硼晶體內無自由移動的電子 （1分）

③1 2 （1分）；高溫、高壓 （1分）

【解析】

試題分析： （1）由工藝流程可知，B203和硫酸和氟化鈣反應生成三氟化硼，根據氧化還原反應、質量守恒可得由B203制備BF3的化學方程式為：B2O3+3CaF2+2H2SO4＝2BF3↑+3CaSO4+2H2O,答案為：B2O3+3CaF2+2H2SO4＝2BF3↑+3CaSO4+2H2O；BF3分子中B原子上含有三個б鍵，B原子上的孤電子對數為：，所以BF3分子中VSEPR模型為平面三角形，B原子上沒有孤店子，所以BF3分子空間構型為平面三角形，B原子的雜化軌道類型為sp2雜化，答案為：sp2 平面三角形；（2）硼、氧、氟、氮位于同一周期，從左到右第一電離能總的變化趨勢逐漸的增大，但由于氮原子2p能級上為半滿，能量較低，第一電離能大于氧原子的，第一電離能由大到小的順序是F＞N＞O＞B，答案為：F＞N＞O＞B；（3） 硼酸的電離方程式為H3B03 +H20 [B（OH）4] - +H+，氫氧根提供一對孤電子，三氟化硼中的硼原子提供空軌道形成了一個配位鍵，硼和鋁同主族，所以[ Al（ OH）4] -的結構式為；一個銨根離子中含有1個配位鍵，一個氟硼酸根離子中含有1個配位鍵，所以1mol NH4BF4（氟硼酸銨）中含有2NA個配位鍵，答案為： 2NA；（4）由12個硼原子構成如圖1的結構單元，從圖上可以看出B原子和B-B鍵的個數比為2:5，所以硼晶體的1個結構單元中含有30個B-B鍵，答案為：30；（5）氮化硼（BN）晶體有多種相結構。六方相氮化硼（晶體結構如圖2）結構和石墨相似，屬于混合型晶體，每層內B-N為共價鍵，每層間為范德華力，層間作用力小，所以質地軟，是通常存在的穩定相可作高溫潤滑劑。立方相氮化硼（晶體結構如圖3）結構和金剛石的相似，構成晶體的微粒為原子，原子間通過共價鍵鏈接，共價鍵的作用力較大，所以硬度大，是超硬材料，有優異的耐磨性，B和N間都是單鍵，只存在б鍵，所以不正確的為ad，答案為ad；②六方相氮化硼晶體內B-N鍵數與硼原子數之比為3:1，其結構與石墨相似卻不導電，原因是立方氮化硼晶體內無自由移動的電子，答案為：3:1 立方氮化硼晶體內無自由移動的電子；③從立方相氮化硼晶體結構可以看出，每個硼原子連接12個六元環。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300 km的古地殼中被發現說明形成這一礦物需要高溫高壓，推斷實驗室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應是高溫、高壓，答案為：12 高溫高壓。