Question

氮化硼（ BN）晶體有多種相結構．六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結構，可作高溫潤滑劑．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性．它們的晶體結構如圖1所示．

（1）基態(tài)硼原子的電子排布式為

 

．
（2）關于這兩種晶體的說法，正確的是

 

（填序號）．
a．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
b．六方相氮化硼層間作用力小，所以質地軟
c．兩種晶體中的B-N鍵均為共價鍵
d．兩種晶體均為分子晶體
（3）六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰氮原子構成的空間構型為

 

，其結構與石墨相似卻不導電，原因是

 

．
（4）立方相氮化硼晶體中如圖2，硼原子的雜化軌道類型為

 

．該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300km的占地殼中被發(fā)現(xiàn)．根據(jù)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

 

．
（5）NH₄BF₄ （氟硼酸銨）是合成氮化硼納米管的原料之一．1mol NH₄ BF₄含有

 

mol配位鍵．
（6）金剛石晶胞如圖3所示，晶胞中含有

 

個碳原子．若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a，根據(jù)硬球接觸模型，則r=

 

a，列式表示碳原子在晶胞中的空間占有率

 

（不要求計算結果）．

Answer 1

考點：晶胞的計算,原子核外電子排布,判斷簡單分子或離子的構型

專題：化學鍵與晶體結構

分析：（1）基態(tài)硼原子核外有5個電子，分別位于1s、2s、2p能級，根據(jù)構造原理書寫其基態(tài)的電子排布式；
（2）a．立方相氮化硼含有σ鍵不存在π鍵；
b．六方相氮化硼為層狀結構，層間為分子間作用力，作用力�。�
c．非金屬元素之間易形成共價鍵；
d．由圖可知立方相氮化硼是立體網(wǎng)狀結構，為原子晶體；
（3）根據(jù)B原子和N原子形成的共價鍵個數(shù)及孤電子對個數(shù)判斷六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰氮原子構成的空間構型，該物質的層狀結構中不存在自由移動的電子；
（4）立方相氮化硼晶體中，根據(jù)硼原子共價鍵個數(shù)及孤電子對個數(shù)之和判斷；在地殼內(nèi)部，離地面越深，其壓強越大、溫度越高；
（5）一個NH₄BF₄中N原子和其中一個H原子之間存在配位鍵、B原子和其中一個F原子之間存在一個配位鍵，所以含有2個配位鍵，據(jù)此計算；
（6）根據(jù)均攤法計算出晶胞中碳原子數(shù)；根據(jù)金剛石晶胞的結構，利用立體幾何的知識，可以計算出r和a的關系，以及碳原子的空間利用率．

解答： 解：（1）基態(tài)硼原子核外有5個電子，分別位于1s、2s、2p能級，根據(jù)構造原理知其基態(tài)的電子排布式1s²2s²2p¹，故答案為：1s²2s²2p¹；
（2）a．立方相氮化硼N原子和B原子之間存在共價單鍵，所以該化合物中含有σ鍵不存在π鍵，故錯誤；
b．六方相氮化硼層間為層狀結構，分子間作用力，作用力小，導致其質地軟，故正確；
c．非金屬元素之間易形成共價鍵，所以N原子和B原子之間存在共價鍵，故正確；
d．立方相氮化硼為空間網(wǎng)狀結構，不存在分子，為原子晶體，故錯誤；
故選bc；
（3）六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰氮原子形成3個共價單鍵，且B原子不存在孤電子對，所以構成的空間構型為平面三角形，該物質的層狀結構中不存在自由移動的電子，所以不導電，
故答案為：平面三角形；層狀結構中沒有自由移動的電子；
（4）立方相氮化硼晶體中，硼原子和四個N原子形成4個共價單鍵，所以B原子的雜化軌道類型為sp³，在地殼內(nèi)部，離地面越深，其壓強越大、溫度越高，根據(jù)題干知，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，故答案為：sp³；高溫高壓；
（5）一個NH₄BF₄中N原子和其中一個H原子之間存在配位鍵、B原子和其中一個F原子之間存在一個配位鍵，所以含有2個配位鍵，則1mol NH₄BF₄含有2mol配位鍵，
故答案為：2；
（6）根據(jù)均攤法可計算出晶胞中碳原子數(shù)為8×

1

8

+6×

1

2

+4=8；根據(jù)金剛石晶胞的結構可知，晶胞的體對角線為4個碳原子直徑的長度，即

3

a=8r，所以r=

3

8

a，晶胞中8個碳原子的體積為8×

4

3

πr3，而晶胞的體積為a³，所以碳原子在晶胞中的空間占有率為

8× 4 3 πr3

a3

=

3 π

16

，故答案為：8；

3

8

；

3 π

16

．

點評：本題考查了物質結構和性質，涉及配位鍵、原子雜化方式的判斷、微�？臻g構型的判斷、晶胞結構的計算等知識點，這些知識點都是考試高頻點，根據(jù)配位鍵的概念、價層電子對互斥理論等知識點來分析解答，題目難度中等．