Question

10．最近，大眾公司召回了部分裝有DSG雙離合變速器的汽車．DSG雙離合變速器采用了新型硼酸鹽添加劑作為潤滑油，行駛過程中控制系統的“硼結晶”會導致動力中斷和發動機動力的下降．硼及其化合物在其他許多領域也都有重要的用途，請回答下列問題：
（1）磷化硼（BP）和氮化硼（BN）是受到高度關注的耐磨涂料，它們的結構相似，如圖為磷化硼晶體結構中最小的重復單元．磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氫氣中高溫反應合成：
BBr₃+PBr₃+3H₂=BP+6HBr．                                      
回答下列問題：
①基態磷原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p³．
②磷化硼的晶體類型是原子晶體．
③BBr₃分子中，B原子采取sp²雜化，則BBr₃屬于非極性（填“極性”或“非極性”）分子．
④氮化硼晶體的熔點要比磷化硼晶體高，其原因是氮化硼和磷化硼都是原子晶體，原子晶體熔化時要破壞共價鍵，而共價鍵的鍵長較短、鍵能越大、鍵越牢固，晶體熔沸點越高，而N的比較小于P的半徑，所以BN晶體中的鍵長更短、熔點更高．
（2）硼砂是硼酸鹽類礦物中分布最廣的一種，常用作金屬除銹劑，也可用作清熱解毒藥物，它是含結晶水的四硼酸鈉，其陰離子X^m-（含B、O、H三種元素）的球棍模型如圖所示：
①在X^m-中，硼原子軌道的雜化類型有sp²、sp³；配位鍵存在于4、5原子之間（填原子的數字標號）；m=2（填數字）．
②硼砂晶體由Na⁺、X^m-和H₂O構成，它們之間存在的作用力有ADE（填序號）．
A．離子鍵    B．共價鍵    C．金屬鍵   D．范德華力   E．氫鍵
（3）B₃N₃H₆是苯的等電子體，俗稱“無機苯”．鋁與硼同族，也會形成類似的產物，用三甲基鋁[Al（CH₃）₃]₂和2，6-二甲基苯胺亦有可能合成類似的產物，試寫出產物的結構式；反應過程中只會釋放出一種小分子CH₄．

Answer 1

分析 （1）①P原子核外有15個電子，根據構造原理書寫其基態原子核外電子排布式；
②根據圖知，BP的構成微粒是原子，根據晶體構成微粒確定晶體類型；
③BBr₃分子中，B原子采取sp²雜化，說明該分子中B原子價層電子對個數是3，因為配原子個數是3，所以B原子不含孤電子對，為平面三角形結構，正負電荷中心重合的分子為非極性分子；
④氮化硼和磷化硼都是原子晶體，原子晶體熔沸點與化學鍵成反比，共價鍵的鍵長越短、鍵能越大、鍵越牢固，其熔沸點就越高；
（2）①根據形成化學鍵知，黑色小球是H原子、黑色大球是B原子、灰色球是O原子，B原子價層電子對個數有3、4兩種，根據價層電子對互斥理論確定B原子雜化類型；根據圖知，4、5原子之間形成配位鍵，該陰離子中含有4個H原子、4個B原子、9個O原子，1元素化合價為+1、B元素化合價為+3、O元素化合價為-2，所以該微粒化合價=（-2）×9+4×（+3）+4×（+1）=-2，據此確定m值；
②鈉離子和陰離子之間存在離子鍵、水分子之間存在氫鍵、水分子中存在共價鍵；
（3）B₃N₃H₆是苯的等電子體，俗稱“無機苯”．鋁與硼同族，也會形成類似的產物，用三甲基鋁[Al（CH₃）₃]₂和2，6-二甲基苯胺亦有可能合成類似的產物，說明Al、N原子之間形成類似苯環結構，該反應相當于取代反應，同時生成甲烷．

解答 解：（1）①P原子核外有15個電子，根據構造原理書寫其基態原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p³，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p³；
②根據圖知，BP的構成微粒是原子，根據晶體構成微粒知，該晶體是原子晶體，故答案為：原子晶體；
③BBr₃分子中，B原子采取sp²雜化，說明該分子中B原子價層電子對個數是3，因為配原子個數是3，所以B原子不含孤電子對，為平面三角形結構，該分子中正負電荷中心重合，所以為非極性分子，故答案為：非極性；
④氮化硼和磷化硼都是原子晶體，原子晶體熔沸點與化學鍵成反比，共價鍵的鍵長越短、鍵能越大、鍵越牢固，其熔沸點就越高，N原子半徑小于P原子，所以N-B鍵長小于P-B鍵長，N-B鍵能大、鍵牢固，所以其熔沸點高，
故答案為：氮化硼和磷化硼都是原子晶體，原子晶體熔化時要破壞共價鍵，而共價鍵的鍵長較短、鍵能越大、鍵越牢固，晶體熔沸點越高，而N的比較小于P的半徑，所以BN晶體中的鍵長更短、熔點更高；
（2）①根據形成化學鍵知，黑色小球是H原子、黑色大球是B原子、灰色球是O原子，B原子價層電子對個數有3、4兩種，根據價層電子對互斥理論知B原子雜化類型為sp²、sp³；根據圖知，4、5原子之間形成配位鍵，該陰離子中含有4個H原子、4個B原子、9個O原子，1元素化合價為+1、B元素化合價為+3、O元素化合價為-2，所以該微粒化合價=（-2）×9+4×（+3）+4×（+1）=-2，所以m=2，
故答案為：sp²、sp³；4、5；2；
②鈉離子和陰離子之間存在離子鍵、水分子之間存在氫鍵、水分子中存在共價鍵，故選ADE；
（3）B₃N₃H₆是苯的等電子體，俗稱“無機苯”．鋁與硼同族，也會形成類似的產物，用三甲基鋁[Al（CH₃）₃]₂和2，6-二甲基苯胺亦有可能合成類似的產物，說明Al、N原子之間形成類似苯環結構，該反應相當于取代反應，同時生成甲烷，該產物結構式為，
故答案為：；CH₄．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，涉及晶體類型判斷、原子雜化方式判斷、核外電子排布式的書寫等知識點，同時還考查學生自學能力及知識遷移能力，熟悉價層電子對互斥理論，注意（2）模型中還存在配位鍵，難點是（3）題結構式的書寫．