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)過一系列反應(yīng)可以得到BF₃和BN，如圖所示：

請(qǐng)回答下列問題：
（1）由B₂O₃制備BF₃的化學(xué)方程式是

 

，
（2）基態(tài)B原子的電子排布式為

 

；
（3）在BF₃分子中，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(jié)構(gòu)為

 

；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

 

，層間作用力為

 

；
（4）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)，立方氮化硼晶胞中含有

 

個(gè)氮原子（a）、

 

個(gè)硼原子（b）．

Answer 1

考點(diǎn)：原子核外電子排布,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷,不同晶體的結(jié)構(gòu)微粒及微粒間作用力的區(qū)別

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）由圖及元素守恒可寫出這兩個(gè)反應(yīng)的方程式：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；
（2）B的原子序數(shù)為5，核外電子數(shù)為5，其基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p¹；
（3）依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，計(jì)算出的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)以及價(jià)層電子對(duì)數(shù)，可判斷出分子的空間構(gòu)型，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)其結(jié)構(gòu)與石墨相似，層與層之間應(yīng)該靠分子間作用力結(jié)合；
（4）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中N、B原子數(shù)目確定化學(xué)式．

解答： 解：（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，
故答案為：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；
（2）B的原子序數(shù)為5，核外電子數(shù)為5，其基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p¹，
故答案為：1s²2s²2p¹；
（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)，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．
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：sp²；正四面體；共價(jià)鍵（或極性共價(jià)鍵）；分子間作用力；
（4）晶胞中N原子處于8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心，數(shù)目=8×

1

8

+6×

1

2

=4，4個(gè)B處于晶胞內(nèi)部，N原子數(shù)目為4，
故答案為：4；4．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為全面，涉及到化學(xué)方程式的書寫、電子排布式、分子空間構(gòu)型、雜化類型的判斷以及有關(guān)晶體的計(jì)算，但解題具有較強(qiáng)的方法性和規(guī)律性，學(xué)習(xí)中注意總結(jié)如何書寫電子排布式，如何判斷分子空間構(gòu)型以及有關(guān)晶體計(jì)算等方法．