Question

硼元素B在化學中有很重要的地位。硼的化合物在農業、醫院、玻璃等方面用途很廣。請回答下列問題：
（1）寫出與B元素同主族的Ga元素的基態原子核外電子分布式       ，從原子結構的角度分析，B、N、O元素的第一電離能由大到小的順序為        。
（2）立方氮化硼可利用人工方法在高溫高壓條件下合成，屬于超硬材料，同屬原子晶體的氮化硼（BN）比晶體硅具有更高硬度和耐熱性的原因是       。
（3）在BF₃分子中中心原子的雜化軌道類型是        ，SiF4微粒的空間構型是        。
（4）科學家發現硼化鎂在39K時呈超導性，在硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布的，一層鎂一層硼相間排列。圖23是該晶體微觀窨中取出的部分原子沿Z軸方向的投影，白球是鎂原子投影，黑球是硼原子投影，圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上。根據圖示確定硼化鎂的化學式為            。

Answer 1

（8分）（1）1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹（2分）；N＞O＞B（1分）
（2）N和B的原子半徑比Si的原子半徑小，B－N鍵長比Si－Si短（或B－N鍵能較大）（2分）
（3）sp²雜化（1分）；正四面體（1分） （4）MgB₂（1分）

解析試題分析：（1）Ga與B同主族，原子序數是31，則根據構造原理可知，Ga元素的基態原子核外電子分布
式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹。非金屬性越強，第一電離能越大。由于氮元素原子2p能級有3個電子，
處于半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能大于相鄰元素，所以B、N、O元素的第一電離能由大到小
的順序為N＞O＞B。
（2）由于N和B的原子半徑比Si的原子半徑小，B－N鍵長比Si－Si短，所以氮化硼比晶體硅具有
更高硬度和耐熱性。
（3）根據價層電子對互斥理論可知，在BF₃分子中中心原子B原子含有的孤對電子對數＝（3－3×1）÷2＝0，這說明該化合物是平面正三角形結構，則B原子的雜化軌道類型是sp²雜化；同樣根據價層電子對互斥理論可知，在SiF₄分子中中心原子Si原子含有的孤對電子對數＝（4－4×1）÷2＝0，這說明該化合物是正四面體結構。
（4）根據投影可知， 6個B原子構成1個正六邊形，中間是鎂原子。1個B原子被周圍的3個正六邊形共用，所以1個正六邊形含有的B原子是6÷3＝2，因此硼化鎂的化學式為MgB₂。
考點：考查核外電子排布、第一電離能比較、雜化軌道類型、空間構型、晶體熔點比較、晶體化學式的判斷等