Question

【題目】硼和硼的化合物在工業上有著廣泛的用途。

(1)基態硼原子的電子排布式為___________________________。

(2)晶體硼的基本結構單元是由硼原子構成的正二十面體(如下圖)，其中有20個等邊三角形的面和一定數目的頂點，每個頂點各有一個硼原子。此結構單元中含有硼原子的數目為________________。

(3)氮化硼(BN)晶體有多種結構。六方氮化硼與石墨相似，具有層狀結構，可作高溫潤滑劑。立方氮化硼是超硬材料，有優異的耐磨性。它們的晶體結構如圖所示。關于這兩種晶體的說法中，正確的是____(填標號）。

a．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大

b．六方相氮化硼層間作用力小，所以質地軟

c．兩種晶體中的 B—N 鍵均為共價鍵

d．兩種晶體均為分子晶體

(4)六方氮化硼晶體內硼原子的雜化方式為________，該晶體不導電的原因是___________。

(5)NH4BF4(氟硼酸銨)是合成氮化硼納米管的原料之一。與BF4—互為等電子體的一種分子的化學式為__， lmolNH4BF4晶體中含有配位鍵的數目為_____________。

(6)立方氮化硼的結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當，晶胞邊長為361.5pm，則立方氮化硼的一個晶胞中含有______個硼原子，立方氮化硼的密度是____gcm－3（只要求列算式，不必計算出數值，阿伏伽德羅常數為NA）。

Answer 1

【答案】1s22s22p1 12 bc sp2 層與層之間無自由電子 CF4 2NA 4

【解析】

（1）根據B的原子序數為5，根據構造原理書寫核外電子排布式。

（2）由圖可知，有20個等邊三角形，晶體硼每個三角形的頂點被5個三角形所共用，則此頂點完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個點，且晶體硼中有20個這樣的三角形，則晶體硼中這樣的頂點有20×1/5×3=12。

（3）①a．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵；
b．六方相氮化硼層間作用力為范德華力；
c．兩種晶體中的B-N鍵均為共價鍵；
d．立方相氮化硼是超硬材料，有優異的耐磨性，屬于原子晶體；

（4）六方相氮化硼晶體層內一個硼原子與相鄰3個氮原子形成σ鍵；六方相氮化硼晶體的層狀結構中沒有自由電子。

（5）具有相同價電子總數和相同原子總數的分子或離子具有相同的結構特征，這一原理稱為“等電子原理”。 NH4+和BF4-各含有1個配位鍵。

（6）根據金剛石的結構可以判斷出金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數=8×1/8+6×1/2+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應該含有4個N和4個B原子。一個晶胞的質量為4×25g/NA，一個立方氮化硼晶胞的體積為(361.5pm)3，根據ρ=m/V計算密度。

（1）B的原子序數為5，基態硼原子的電子排布式為1s22s22p1，故答案為：1s22s22p1。

（2）由圖可知，有20個等邊三角形，晶體硼每個三角形的頂點被5個三角形所共用，則此頂點完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個點，且晶體硼中有20個這樣的三角形，則晶體硼中這樣的頂點有20×1/5×3=12，故答案為：12。

（3）a. 立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵，所以無π鍵，故錯誤；

b. 六方相氮化硼層間作用力為范德華力，六方相氮化硼質地軟，故正確；

c.兩種晶體中的B-N鍵均為共價鍵，故正確；

d. 立方相氮化硼是超硬材料，有優異的耐磨性，屬于原子晶體，故錯誤；

故選bc。

（4）六方氮化硼晶體層內一個硼原子與相鄰3個氮原子形成σ鍵，且B上沒有孤電子對，故硼原子的雜化方式為sp2；六方相氮化硼晶體的層狀結構中沒有自由電子，故不能導電，故答案為：sp2；層與層之間無自由電子。

（5）具有相同價電子總數和相同原子總數的分子或離子具有相同的結構特征，這一原理稱為“等電子原理”。與BF4—互為等電子體的一種分子的化學式為CF4，NH4BF4中NH4+和BF4-各含有1個配位鍵，則1molNH4BF4中含有的配位鍵個數為2NA，故答案為：CF4；2NA。

（6）根據金剛石的結構可以判斷出金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數=8×1/8+6×1/2+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應該含有4個N和4個B原子。一個晶胞的質量為4×25g/NA，一個立方氮化硼晶胞的體積為(361.5pm)3，根據ρ=m/V計算密度，因此立方氮化硼的密度是 gcm-3，故答案為：4； 。