Question

9．硼是一種重要的非金屬元素，在化學中有很重要的地位．

（1）基態硼原子電子排布圖為，核外有5種運動狀態不同的電子．
（2）晶體硼的結構單元是正二十面體，每個單元中有12個硼原子（如圖1），若其中有兩個原子為¹⁰B，其余為¹¹B，則該結構單元有3種不同的結構類型．
（3）無定形硼與Cl₂反應得到BCl₃，BCl₃的空間構型為正三角形．
（4）氨硼烷是一種有效、安全的固體儲氫材料．氨硼烷的結構和乙烷相似（如圖2），B、N原子的雜化軌道類型分別為sp³和sp³，氨硼烷能（填“能”或“不能”）溶于水．
（5）立方氮化硼的結構與金剛石相似，其晶胞如圖3所示，則晶胞頂點上的原子的配位數為4．若晶胞的邊長為a nm，則立方氮化硼的密度表達式為$\frac{{{{10}^{23}}}}{{{N_A}•{a^3}}}$g/cm³（設N_A為阿伏加德羅常數的值）．

Answer 1

分析 （1）B的原子序數為5，其基態原子的電子排布式為1s²2s²2p¹，根據電子排布式畫出電子排布圖；原子核外沒有運動狀態相同的電子；
（2）兩個¹⁰B相鄰、相間、相對；
（3）先計算其價層電子對，再根據VSEPR模型分子或離子構型；
（4）根據分子的結構以及成鍵元素確定雜化類型；能和水分子間形成氫鍵的物質一般是易溶于水的；
（5）根據氮化硼晶胞圖判斷處于晶胞頂點上的原子的配位數；根據均攤法計算晶胞中N、B原子數目，表示出晶胞質量，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）基態B原子的電子排布式為1s²2s²sp¹，其電子排布圖為，核外有5個電子，即有5種運動狀態不同的電子；
故答案為：；5；
（2）兩個¹⁰B相鄰、相間、相對，所以共有3種類型結構，
故答案為：3；
（3）氯化硼中硼原子含有3個共價單鍵且不含孤電子對，所以BCl₃的構型為正三角形；
故答案為：正三角形；
（4）氨硼烷的結構式為H₃B-NH₃，B和N之間為配位鍵，B、N的軌道數均為4，雜化類型均為sp³；氨硼烷能和水分子間形成氫鍵，所以能溶于水；
故答案為：sp³、sp³；能；
（5）根據圖知，頂點上的每個B原子和四個N原子形成共價鍵，所以B原子的配位數是4；
晶胞中N原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、B原子數目為4，晶胞質量為4×$\frac{11+14}{{N}_{A}}$g，則晶胞密度=4×$\frac{11+14}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-7cm）³=$\frac{10{\;}^{23}}{{N}_{A}×a{\;}^{3}}$g/cm³；
故答案為：4；$\frac{{{{10}^{23}}}}{{{N_A}•{a^3}}}$．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、雜化軌道、物質的性質、晶胞結構與計算等，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．