Question

氮化硼（BN）是一种重要的功能陶瓷材料以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF₃和BN，如图所示：

请回答下列问题：
（1）由B₂O₃制备BF₃的化学方程式是

 

，
（2）基态B原子的电子排布式为

 

；
（3）在BF₃分子中，B原子的杂化轨道类型为

 

，BF₃和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的立体结构为

 

；在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为

 

，层间作用力为

 

；
（4）六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，立方氮化硼晶胞中含有

 

个氮原子（a）、

 

个硼原子（b）．

Answer 1

考点：原子核外电子排布,原子轨道杂化方式及杂化类型判断,不同晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）由图及元素守恒可写出这两个反应的方程式：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；
（2）B的原子序数为5，核外电子数为5，其基态原子的电子排布式为1s²2s²2p¹；
（3）依据价层电子对互斥理论，计算出的孤对电子对数以及价层电子对数，可判断出分子的空间构型，B、N均属于非金属元素，二者形成的化学键是极性共价键；根据其结构与石墨相似，层与层之间应该靠分子间作用力结合；
（4）根据均摊法计算晶胞中N、B原子数目确定化学式．

解答： 解：（1）由图可知B₂O₃与CaF₂和H₂SO₄反应即生成BF₃，同时还应该产生硫酸钙和水，方程式为B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄ 

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O，
故答案为：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；
（2）B的原子序数为5，核外电子数为5，其基态原子的电子排布式为1s²2s²2p¹，
故答案为：1s²2s²2p¹；
（3）依据价层电子对互斥理论，计算出BF₃的孤对电子对数=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，并且价层电子对数为3，所以BF₃分子为平面正三角形结构，杂化方式为sp²；BF₄^-中心原子的孤对电子对数=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，其价层电子对数为4，所以其结构为正四面体．
B、N均属于非金属元素，二者形成的化学键是极性共价键；根据石墨结构可知六方氮化硼晶体中，层与层之间靠分子间作用力结合，
故答案为：sp²；正四面体；共价键（或极性共价键）；分子间作用力；
（4）晶胞中N原子处于8个顶点和6个面心，数目=8×

1

8

+6×

1

2

=4，4个B处于晶胞内部，N原子数目为4，
故答案为：4；4．

点评：本题考查较为全面，涉及到化学方程式的书写、电子排布式、分子空间构型、杂化类型的判断以及有关晶体的计算，但解题具有较强的方法性和规律性，学习中注意总结如何书写电子排布式，如何判断分子空间构型以及有关晶体计算等方法．