Question

3．硼及其化合物的研究在无机化学的发展中占有独特的地位．
（1）硼原子的价电子排布式为2s²2p¹；硼元素许多性质与Si元素最相似，由此预测自然界没有 （填“有”或“没有”）游离态的硼．
（2）硼元素具有缺电子性，其化合物往往具有加合性．在硼酸[B（OH）₃]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构，则分子中B原子杂化轨道的类型是sp²，其同层分子间的主要作用力是氢键．
（3）已知H₃BO₃与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H₃BO₃+OH^-=B（OH）₄^-，写出硼酸的电离方程式：H₃BO₃+H₂O H⁺+B（OH）₄^-．
 
（4）H₃BO₃在加热过程中首先转变为HBO₂（偏硼酸），继而其中的BO₃结构单元通过氧原子以B-O-B键形成链状的或环状的多硼酸根（如图所示），其组成可表示为（BO₂）_n^n-．
（5）六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似，层间相互作用为分子间作用力．六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构和硬度都与金刚石相似，晶胞边长为361.5pm，立方氮化硼的密度是$\frac{4×25}{{N}_{A}×（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³（只要求列算式）．

Answer 1

分析 （1）硼处于第二周期ⅢA族；硼与Si处于对角线位置，二者性质最相似；
（2）在硼酸[B（OH）₃]分子中，B原子与3个羟基相连，则分子中B原子杂化轨道数目为3，其晶体具有与石墨相似的层状结构，其同层分子间的主要作用力是氢键；
（3）H₃BO₃与水分子形成配位键后电离生成B（OH）₄^-、H⁺；
（4）由均摊法，可知每个B原子独自占有2个O原子，B元素化合价为+2，O元素化合价为-2，计算化合价代数和确定离子所带电荷；
（5）六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似，层间相互作用为分子间作用力；
在金刚石的晶胞中含有的碳原子数为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，立方氮化硼与金刚石相似，所以氮化硼晶胞中硼原子和氮原子的数目各有4个，计算晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算立方氮化硼的密度．

解答 解：（1）硼处于第二周期ⅢA族，价电子排布式为2s²2p¹，硼与Si处于对角线位置，二者性质最相似，由此预测自然界没有游离态的硼，
故答案为：2s²2p¹；Si；没有；
（2）在硼酸[B（OH）₃]分子中，B原子与3个羟基相连，则分子中B原子杂化轨道数目为3，分子中B原子杂化轨道的类型是，其晶体具有与石墨相似的层状结构，其同层分子间的主要作用力是氢键，
故答案为：sp²；氢键；
（3）H₃BO₃与水分子形成配位键后电离生成B（OH）₄^-、H⁺，即电离方程式为：H₃BO₃+H₂O H⁺+B（OH）₄^-，
故答案为：H₃BO₃+H₂O H⁺+B（OH）₄^-；
（4）由均摊法，可知每个B原子独自占有2个O原子，B元素化合价为+2，O元素化合价为-2，多硼酸根的化合价代数和为3n+2×n（-2）=-n，故多硼酸根组成可表示为：（BO₂）_n^n-，
故答案为：（BO₂）_n^n-；
（5）六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似，层间相互作用为分子间作用力；
在金刚石的晶胞中含有的碳原子数为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，立方氮化硼与金刚石相似，所以氮化硼晶胞中硼原子和氮原子的数目各有4个，晶胞质量为4×$\frac{25}{{N}_{A}}$g，晶胞边长为361.5pm，则氮化硼的密度为4×$\frac{25}{{N}_{A}}$g÷（361.5×10^-10cm）³=$\frac{4×25}{{N}_{A}×（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cmˉ³，
故答案为：分子间作用力；$\frac{4×25}{{N}_{A}×（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、微粒结构、杂化方式、氢键、晶胞结构与计算等，（5）中密度计算为易错点，注意识记中学常见晶胞结构，难度中等．