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BF₃、BN的化學方程式依次是______、______；
（2）基態B原子的電子排布式為______；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，BF₄^-的立體結構為______；
（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361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有______個氮原子、______個硼原子，立方氮化硼的密度是______g?pm^-3（只要求列算式，不必計算出數值，阿伏伽德羅常數為N_A）．

Answer 1

（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+3H₂SO₄

△ .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃與氨氣在高溫下反應即生成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．故答案為：1s²2s²sp¹；N；+3；
（3）依據價層電子對互斥理論，計算出BF₃的孤對電子對數=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=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=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，其價層電子對數為4，所以其結構為正四面體．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．故答案為：共價鍵（或極性共價鍵）；分子間作用力；
（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×

1

8

+6×

1

2

+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

25g

NA

×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

25×4

(361.5×10-101×)3NA

g?pm^-3．故答案為：

25×4

(361.5×10-101×)3NA

．