Question

8．硼及其化合物在耐高潮合金工業、催化劑制造、高能燃料等方面有廣泛應用．
（1）硼原子的價電子排布圖為．
（2）B₂H₆是一種高能燃料，它與Cl₂反應生成的BCl₃可用于半導體摻雜工藝及高純硅制造．由第2周期元素組成的與BCl₃互為等電子體的陰離子為CO₃^2-或NO₃^-．
（3）氮硼烷化合物（H₂N→BH₂）和Ti（BH₄）₃均為廣受關注的新型化學氮化物儲氫材料．
①B與N的第一電離能：B＜N（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．H₂N→BH₂中B原子的雜化類型為sp2；
②Ti（BH₄）₃由TiCl₃和LiBH₄反應制得．BH₄^-的立體構型是正四面體；寫出制備反應的化學方程式TiCl₃+3LiBH₄═Ti（BH₄）₃+3LiCl；
（4）磷化硼（BP）是受到高度關注的耐麿材料，它可用作金屬表面的保護層．如圖為磷化硼晶胞．
①磷化硼晶體屬于原子晶體（填晶體類型），是（填是或否）含有配位鍵．
②晶體中P原子的配位數為4．
③已知BP的晶胞邊長為anm，N_A為阿伏加德羅常數的數值，則磷化硼晶體的密度為$\frac{{1.68×{{10}^{23}}}}{{{N_A}•{a^3}}}$g•cm^-3（用含a、N_A的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）硼是5號元素，價電子數為3，據此書寫價電子排布圖；
（2）根據等電子體原理，原子數相同，價電子數也相同的粒子互為等電子體，據此書寫由第2周期元素組成的與BCl₃互為等電子體的陰離子；
（3）①根據元素周期律，同周期元素從左向右第一電離能逐漸增大，H₂N→BH₂中B原子的價層電子對數為$\frac{3+3}{2}$=3，據此判斷雜化類型；
②根據BH₄^-中B原子的雜化方式可知其立體構型；根據元素守恒書寫化學方程式；
（4）①在磷化硼晶體中，磷和硼原子之間通過共價鍵相互作用，結合性質可知其晶體類型，硼最外層有3個電子，但根據晶胞結構可知，每個硼和磷周圍都有4個共價鍵，所以磷原子含有孤電子對，硼原子含有空軌道，它們之間存在配位鍵，據此答題；
②根據晶的結構圖可知，每個磷原子周圍有4個硼原子；
③BP的晶胞邊長為anm=a×10^-7 cm，其體積為（a×10^-7 cm）³，根據晶胞圖可知，每個晶胞中含有B原子數為4，P原子數為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，根據$ρ=\frac{m}{V}$計算；

解答 解：（1）硼是5號元素，價電子數為3，價電子排布圖為，
故答案為：；
（2）根據等電子體原理，原子數相同，價電子數也相同的粒子互為等電子體，所以由第2周期元素組成的與BCl₃互為等電子體的陰離子為CO₃^2-或NO₃^-，
故答案為：CO₃^2-或NO₃^-；
（3）①根據元素周期律，同周期元素從左向右第一電離能逐漸增大，所以B的第一電離能小于N，H₂N→BH₂中B原子的價層電子對數為$\frac{3+3}{2}$=3，所以B原子雜化方式為sp2，
故答案為：＜；sp2；
②BH₄^-中B原子的價層電子對數為$\frac{3+4+1}{2}$=4，所以雜化方式為sp3雜化，則BH₄^-的立體構型為正四面體，Ti（BH₄）₃由TiCl₃和LiBH₄反應制得，反應的化學方程式為TiCl₃+3LiBH₄═Ti（BH₄）₃+3LiCl，
故答案為：正四面體；TiCl₃+3LiBH₄═Ti（BH₄）₃+3LiCl；
（4）①在磷化硼晶體中，磷和硼原子之間通過共價鍵相互作用，結合性質可知其晶體類型為原子晶體，硼最外層有3個電子，但根據晶胞結構可知，每個硼和磷周圍都有4個共價鍵，所以磷原子含有孤電子對，硼原子含有空軌道，它們之間存在配位鍵，
故答案為：原子；是；
②根據晶的結構圖可知，每個磷原子周圍有4個硼原子，所以配位數為4，
故答案為：4；
③BP的晶胞邊長為anm=a×10^-7 cm，其體積為（a×10^-7 cm）³，根據晶胞圖可知，每個晶胞中含有B原子數為4，P原子數為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，所以磷化硼晶體的密度為$\frac{\frac{42×4}{{N}_{A}}}{（a×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3=$\frac{{1.68×{{10}^{23}}}}{{{N_A}•{a^3}}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{{1.68×{{10}^{23}}}}{{{N_A}•{a^3}}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及核外電子排布、雜化方式的判斷、空間構型的判斷、晶胞的計算等知識點，難點是晶胞的計算，靈活運用公式是解本題關鍵，難度中等．