Question

【題目】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－的立體構型為________。

（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361.5 pm。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·cm－3(只要求列算式，不必計算出數值。阿伏加德羅常數為NA)。

Answer 1

【答案】 B2O3＋3CaF2＋3H2SO43CaSO4＋2BF3↑＋3H2O B2O3＋2NH32BN＋3H2O 1s22s22p1 N ＋3 120° sp2 正四面體形 共價鍵(或極性共價鍵) 分子間作用力 4 4

【解析】(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， B2O3與氨氣在高溫下反應即生成BN。

(2)基態B原子的電子排布式為1s22s22p1；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。

(3)依據價層電子對互斥理論，計算出BF3的孤對電子對數為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為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。

(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，則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25×4g/NA，一個立方氮化硼晶胞的體積是(361.5×10-10cm)3，其密度為，。