Question

5．硼元素在化學中有很重要的地位，硼及其化合物廣泛應用于永磁材料、超導材料、復合材料等高新材料領域．
（1）寫出硼元素基態原子的電子排列圖1s²2s²2p¹．
（2）B、N、O 元素的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞B（用元素符號表示）．
（3）與三氯化硼互為等電子體的一種分子的化學式為SO₃．
（4）磷化硼（BP）是一種磨材料．它是由三溴化硼和三溴化磷在氫氣氣氛中，高溫（＞75℃）下制得的．它的晶體結構單元與金剛石類似．寫出生成BP的反應方程式BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BP+6HBr；已知BP晶胞參數為a pm，則BP密度的表達式為$\frac{4×\frac{M}{{N}_{a}}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³（用含a、N_a的式子表示）．
（5）正硼酸（H₃BO₃）是一種片層狀結構白色晶體，層內的H₃BO₃分子間通過氫鍵相連（如圖l）
①1mol H₃BO₃的晶體中有3mol氫鍵．
②硼酸溶于水后，電離生成少量[B（OH）₄]^-和H⁺離子．[B（OH）₄]^-中B原子雜化類型為正四面體型．
（6）科學家發現硼化鎂在39K時呈超導性，在硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布的，一層鎂一層硼相間排列-．如圖2是該晶體微觀空間取出的部分原子在同一平面上的投影，硼化鎂的化學式為MgB₂．

Answer 1

分析 （1）B原子核外有5個電子，根據構造原理書寫其基態原子核外電子排布式；
（2）同一周期元素的第一電離能隨著原子序數的增大而呈增大的趨勢，但第IIA族和第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素；
（3）原子個數相等、價電子數相等的微粒互為等電子體，等電子體的結構相似；
（4）根據元素守恒可寫出合成磷化硼的化學反應方程式；根據圖知，該晶胞是面心立方最密堆積，若該晶體中最鄰近的兩個P原子之間的距離為a pm，晶胞的棱長=$\sqrt{2}$apm，該晶胞中P原子個數=$8×\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，B原子個數為4，晶胞密度=$\frac{4×\frac{M}{Na}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（5）利用均攤法計算含1molH₃BO₃的晶體中的氫鍵；[B（OH）₄]^-中B原子的價層電子對數分析；
（6）1個B原子為3個Mg原子共用，1個Mg原子為6個B原子共用，利用均攤法計算硼原子和鎂原子的個數比．

解答 解：（1）B原子核外有5個電子，根據構造原理書寫其基態原子核外電子排布式為1s²2s²2p¹，故答案為：1s²2s²2p¹；
（2）同一周期元素的第一電離能隨著原子序數的增大而呈增大的趨勢，但第IIA族和第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，所以三種元素的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞B，故答案為：N＞O＞B；
（3）原子個數相等、價電子數相等的微粒互為等電子體，可知SO₃等符合，故答案為：SO₃（其他合理答案也對）；
（4）根據元素守恒可知由三溴化硼和三溴化磷在氫氣中高溫反應合成磷化硼的化學反應方程式為BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BP+6HBr，
根據圖知，該晶胞是面心立方最密堆積，若該晶體中最鄰近的兩個P原子之間的距離為a pm，晶胞的棱長=$\sqrt{2}$apm，該晶胞中P原子個數=$8×\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，B原子個數為4，晶胞密度=$\frac{4×\frac{M}{{N}_{a}}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$，故答案為：BBr₃+PBr₃+3H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BP+6HBr；$\frac{4×\frac{M}{{N}_{a}}}{（\sqrt{2}a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（5）一個H₃BO₃分子對應著6個氫鍵，一個氫鍵對應著2個H₃BO₃分子，因此含有1 molH₃BO₃分子的晶體中有3mol氫鍵，[B（OH）₄]^-中B原子形成4個共價鍵，則B原子的價層電子對數為4，為sp³雜化，沒有孤電子對，空間結構為正四面體型；
故答案為：3；正四面體型；
（6）根據投影可知，1個B原子為3個Mg原子共用，故屬于一個Mg原子的B原子為$\frac{1}{3}$；1個Mg原子為6個B原子共用，故用于一個B原子的Mg原子為$\frac{1}{6}$．由此可知Mg鎂硼原子個數比=1：2，故硼化鎂的化學式為MgB₂，故答案為：MgB₂．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，涉及晶胞計算、等電子體、晶體類型判斷等知識點，明確基本原理、基本計算機物質空間結構是解本題關鍵，側重考查學生分析判斷及計算能力，題目難度中等．