Question

化合物A（H₃BNH₃）是一種潛在的儲氫材料，可由六元環(huán)狀物質(zhì)（HB=NH）₃通過反應(yīng)3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得．A在一定條件下通過多步去氫可最終轉(zhuǎn)化為氮化硼（BN）．請回答：
（1）與（HB=NH）₃互為等電子體的分子為

 

（填分子式）．
（2）下列關(guān)于合成A的化學(xué)方程式的敘述不正確的是

 

（填選項(xiàng)字母）．
a．反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型不變
b．CH₄、H₂O、CO₂的分子空間構(gòu)型分別為正四面體形、V形、直線形
c．第一電離能的大小關(guān)系為：N＞O＞C＞B
d．A中存在配位鍵
（3）氮化硼（BN）有多種晶型，其中立方氮化硼與金剛石的構(gòu)型類似，則其晶胞中共有

 

個硼原子，

 

個氮原子．
（4）人工可以合成硼的一系列氮化物，其物理性質(zhì)與烷烴相似，故稱之為硼烷．工業(yè)上采用LiAlH₄和BF₃，在乙醚介質(zhì)中反應(yīng)制得乙硼烷（B₂H₆），同時生成另外兩種產(chǎn)物，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（5）相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能如下表所示，簡要分析和解釋下列事實(shí)．

化學(xué)鍵	B-H	B-O	B-B
鍵能（kJ?mol-1）	389	561	293

自然界中不存在硼單質(zhì)，硼氫化物也很少，主要是含氧化物，其原因?yàn)?div id="1thbdih" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

（6）在硼酸鹽中，陰離子有鏈狀、環(huán)狀、骨架狀等多種結(jié)構(gòu)形式，圖（a）為一種無限長單鏈狀結(jié)構(gòu)的多碰酸根，其化學(xué)式為

 

；圖（b）為硼砂晶體中的陰離子，其中硼原子采取的雜化類型

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計算,原子核外電子排布,配合物的成鍵情況,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）原子數(shù)相同，電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體；
（2）根據(jù)3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃，可以分析，
a．由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp，反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型已經(jīng)改變，據(jù)此判斷；
b．CH₄分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+

1

2

×（4-4×1）=4，且不含孤電子對，所以其空間構(gòu)型是正四面體，H₂O中價層電子對個數(shù)=2+

1

2

×（6-2×1）=4，且含有2個孤電子對，所以H₂O的VSEPR模型為四面體，分子空間構(gòu)型為V型，、CO₂分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=2+

1

2

×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直線型結(jié)構(gòu)，據(jù)此判斷；
c．同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，這幾種元素都是第二周期元素，它們的族序數(shù)分別是：第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIA族，所以它們的第一電離能大小順序是I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C）＞I₁（B），據(jù)此判斷；
d．B一般是形成3個鍵，（H₃BNH₃）由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得，其中1個鍵是配位鍵，據(jù)此判斷；
（3）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個頂點(diǎn)有8個碳原子，6個面各有6個碳原子，立方體內(nèi)部還有4個碳原子，如圖所示：所以金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個N和4個B原子，據(jù)此答題；

（4）LiAlH₄和BF₃在一定條件下生成乙硼烷B₂H₆、LiF和AlF₃，根據(jù)原子守恒配平方程式；
（5）根據(jù)鍵能越大物質(zhì)越穩(wěn)定，可以解釋相關(guān)問題；
（6）有1個O連著一個B，剩余的兩個O分別連著2個B，說明有一個O完全屬于B，剩下的兩個O，B只占有O的

1

2

；硼砂晶體中陰離子[B₄O₅（OH）₄]^2-中一半sp³雜化形成BO₄四面體；另一種是sp²雜化形成BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)；

解答： 解：（1）原子數(shù)相同，電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體，與（HB=NH）₃互為等電子體的分子為C₆H₆；
故答案為：C₆H₆；
（2）3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃，
a．由CH₄變?yōu)镃O₂，碳原子雜化類型由sp³轉(zhuǎn)化為sp，反應(yīng)前后碳原子的軌道雜化類型已經(jīng)改變，故a錯誤；
b．CH₄分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+

1

2

×（4-4×1）=4，且不含孤電子對，所以其空間構(gòu)型是正四面體，H₂O中價層電子對個數(shù)=2+

1

2

×（6-2×1）=4，且含有2個孤電子對，所以H₂O的VSEPR模型為四面體，分子空間構(gòu)型為V型，、CO₂分子中價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=2+

1

2

×（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直線型結(jié)構(gòu)，故b正確；
c．同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，這幾種元素都是第二周期元素，它們的族序數(shù)分別是：第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIA族，所以它們的第一電離能大小順序是I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C）＞I₁（B），故c正確；
d．B一般是形成3個鍵，（H₃BNH₃）由六元環(huán)狀化合物（HB=NH）₃通過3CH₄+2（HB=NH）₃+6H₂O→3CO₂+6H₃BNH₃制得，其中1個鍵是配位鍵，故d正確；
故答案為：a； 
（3）根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)可以判斷出金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個N和4個B原子，故答案為：4，4；
（4）LiAlH₄和BF₃在一定條件下生成乙硼烷B₂H₆、LiF和AlF₃，根據(jù)原子守恒配平方程式為：3LiAlH₄+4BF₃

乙醚  .

2B₂H₆+3LiF+3AlF₃；故答案為：3LiAlH₄+4BF₃

乙醚  .

2B₂H₆+3LiF+3AlF₃；
（5）因?yàn)锽-O鍵鍵能大于B-B鍵和B-H鍵，所以更易形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的B-O鍵，根據(jù)鍵能越大物質(zhì)越穩(wěn)定，可知自然界中不存在硼單質(zhì)，硼氫化物也很少，主要是含氧化物，故答案為：B-O鍵鍵能大于B-B鍵和B-H鍵，所以更易形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的B-O鍵；
（6）圖（a）是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根，從圖可看出，每個BO₃^2-單元，都有一個B，有一個O完全屬于這個單元，剩余的2個O分別為2個BO₃^2-單元共用，所以B：O=1：（1+2×

1

2

）=1：2，化學(xué)式為：BO₂^-，從圖（b）是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)可看出，[B₄O₅（OH）₄]^2-一半sp³雜化形成兩個四配位BO₄四面體；另一半是sp²雜化形成兩個三配位BO₃平面三角形結(jié)構(gòu)，
故答案為：BO₂^-；sp²、sp³．

點(diǎn)評：本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)，涉及原子雜化方式的判斷、配合物的成鍵情況、元素周期律、晶胞的計算等知識點(diǎn)，題目綜合性較強(qiáng)，注意根據(jù)價層電子對互斥理論、構(gòu)造原理等知識來分析解答，題目難度中等．