Question

硼元素B在化学中有很重要的地位．硼的化合物在农业、医药、玻璃工业等方面用途很广．
请回答下列问题：
（1）写出与B元素同主族的Ga元素的基态原子核外电子排布式

 

．
从原子结构的角度分析，B、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为

 

．
（2）立方氮化硼可利用人工方法在高温高压条件下合成，属于超硬材料．同属原子晶体的氮化硼（BN）比晶体硅具有更高硬度和耐热性的原因是

 

．
（3）在BF₃分子中中心原子的杂化轨道类型是

 

，SiF₄微粒的空间构型是

 

．又知若有d轨道参与杂化，能大大提高中心原子成键能力．试解释为什么BF₃、SiF₄水解的产物中，除了相应的酸外，前者生成BF₄^一后者却是生成SiF₆^2-：

 

．
（4）科学家发现硼化镁在39K时呈超导性，在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，一层镁一层硼相间排列．

如图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿Z轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上．根据图示确定硼化镁的化学式为

 

．

Answer 1

分析：（1）镓是31号元素，其原子核外有31个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第IIA族和第VA族元素的第一电离能大于相邻元素；
（2）原子晶体的硬度与原子半径、键长成反比；
（3）根据价层电子对互斥理论确定其杂化方式及空间构型；B原子最外电子层为L层，无d轨道；而Si原子最外层为N层，有d轨道；
（4）1个B原子为3个Mg原子共用，1个Mg原子为6个B原子共用，利用均摊法计算硼原子和镁原子的个数比．

解答：解：（1）镓位于周期表中第四周期第IIIA，故其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p¹或[Ar]3d¹⁰4s²4p¹；同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第IIA族和第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，所以三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞B，
故答案为：1s²2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p¹；N＞O＞B；
（2）原子晶体的硬度与原子半径、键长成反比，N原子和B原子的半径比硅原子小，B-N键长比Si-Si短键能大，所以氮化硼（BN）比晶体硅具有更高硬度和耐热性，
故答案为：N原子和B原子的半径比硅原子小，B-N键长比Si-Si短；
（3）在BF₃分子中B原子的价层电子对等于3，且没有孤电子对，所以中心原子的杂化轨道类型是sp²杂化，SiF₄中硅原子含有4个共价键，且不含孤电子对，中心原子的杂化轨道类型是sp³杂化，所以它的空间构型是正四面体型；B原子最外电子层为L层，无d轨道，而Si原子最外层为N层，有d轨道，可参与杂化，使Si配位数增加至6；
故答案为：sp²；正四面体；B原子最外电子层为L层，无d轨道；而Si原子最外层为N层，有d轨道，可参与杂化，使Si配位数增加至6；
（4）根据投影可知，1个B原子为3个Mg原子共用，故属于一个Mg原子的B原子为

1

3

；1个Mg原子为6个B原子共用，故用于一个B原子的Mg原子为

1

6

，由此可知：镁硼原子个数比=

1

6

：

1

3

=1：2，故硼化镁的化学式为MgB₂，
故答案为：MgB₂．

点评：本题考查较综合，注意同一周期中第一电离能的变化趋势及异常现象，为易错点，该题难点是确定硼化镁的化学式，利用均摊法来解答即可，题目难度中等．