Question

13．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BN的化学方程式是B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2BN+3H₂O；
（2）BF₃和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-中B原子的杂化方式为sp³杂化，lmolNH₄BF₄含有的配位键个数为2N_A；
（3）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层间作用力为范德华力；
（4）六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有氮原子、硼原子个数总数为8个，立方氮化硼的密度是$\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³（只要求列算式，不必计算出数值．阿伏伽德罗常数为N _A）．

Answer 1

分析 （1）由工艺流程可知，B₂O₃与NH₃反应生成BN，根据原子守恒可知，还有水生成；
（2）计算价层电子对数、孤电子对数，杂化轨道数目等于价层电子对数；NH₄BF₄中NH₄⁺和BF₄^-各含有1个配位键；
（3）层间作用力为范德华力；
（4）描述晶体结构的基本单元叫做晶胞；金刚石晶胞是立方体，其中8个顶点有8个碳原子，6个面各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子．一个晶胞中的质量为 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5pm）³，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度；因此立方氮化硼的密度是 $\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

解答 解：（1）由工艺流程可知，B₂O₃与NH₃反应生成BN，根据原子守恒可知，还有水生成，反应方程式为：B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2BN+3H₂O，
故答案为：B₂O₃+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2BN+3H₂O；
（2）BF₄^-中B原子的价层电子对=4+$\frac{1}{2}$（3+1-1×4）=4，为sp³杂化，NH₄BF₄中NH₄⁺和BF₄^-各含有1个配位键，则lmolNH₄BF₄含有的配位键个数为2N_A，故答案为：sp³杂化；2N_A；
（3）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为共价键，层间作用力为范德华力，
故答案为：范德华力；
（4）根据金刚石的结构可以判断出金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子．一个晶胞中的质量为 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5pm）³，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5pm）³，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度；因此立方氮化硼的密度是 $\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：8； $\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，考查较为全面，侧重考查学生的分析、计算能力，涉及杂化类型的判断以及有关晶体的计算，（4）中关键是对金刚石晶胞的识记、理解，题目难度中等．