Question

13．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、BN的化學(xué)方程式依次是B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O、B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2BN+3H₂O；
（2）在BF₃分子中，F(xiàn)-B-F的鍵角是120°，B原子的雜化軌道類型為sp²，BF₃和過量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的立體結(jié)構(gòu)為正四面體；
（3）在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵（或極性共價(jià)鍵），層間作用力為分子間作用力；
（4）六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，晶胞邊長(zhǎng)為361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有4個(gè)氮原子、4個(gè)硼原子，立方氮化硼的密度是$\frac{25×4}{（361.5）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A）．

Answer 1

分析 （1）由圖及元素守恒可寫出這兩個(gè)反應(yīng)的方程式；
（2）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；
（3）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）描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫做晶胞，金剛石晶胞是立方體，其中8個(gè)頂點(diǎn)有8個(gè)碳原子，6個(gè)面各有6個(gè)碳原子，立方體內(nèi)部還有4個(gè)碳原子，如圖所示：所以金剛石的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×$\frac{1}{8\frac{（\;\;\;\;）}{（\;\;\;\;）}}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個(gè)N和4個(gè)B原子，一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為$\frac{25g}{N{\;}_{A}}$，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$計(jì)算密度．

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 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃與氨氣在高溫下反應(yīng)即生成BN，方程式為B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2BN+3H₂O；
故答案為：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2BN+3H₂O；
（2）依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，計(jì)算出BF₃的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)=$\frac{1}{2}$×（a-xb）=$\frac{1}{2}$×（3-3×1）=0，并且價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，所以BF₃分子為平面正三角形結(jié)構(gòu)，鍵角為120°，雜化方式為sp²；BF₄^-中心原子的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)=$\frac{1}{2}$×（a-xb）=$\frac{1}{2}$×（4-4×1）=0，其價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，所以其結(jié)構(gòu)為正四面體，
故答案為：120°；sp²；正四面體；
（3）B、N均屬于非金屬元素，二者形成的化學(xué)鍵是極性共價(jià)鍵；根據(jù)石墨結(jié)構(gòu)可知六方氮化硼晶體中，層與層之間靠分子間作用力結(jié)合，
故答案為：共價(jià)鍵（或極性共價(jià)鍵）；分子間作用力；
（4）根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)可以判斷出金剛石的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×$\frac{1}{8\frac{（\;\;\;\;）}{（\;\;\;\;）}}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，因此一個(gè)立方氮化硼晶胞中含有4個(gè)N原子和4個(gè)B原子，一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為$\frac{25g}{N{\;}_{A}}$，一個(gè)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 $\frac{25×4}{（361.5）^{3}{N}_{A}}$g•pm^-3，
故答案為：4；4；$\frac{25×4}{（361.5）^{3}{N}_{A}}$•

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．