Question

3．硼及其化合物的研究在無機(jī)化學(xué)的發(fā)展中占有獨(dú)特的地位．
（1）硼原子的價(jià)電子排布式為2s²2p¹；硼元素許多性質(zhì)與Si元素最相似，由此預(yù)測(cè)自然界沒有 （填“有”或“沒有”）游離態(tài)的硼．
（2）硼元素具有缺電子性，其化合物往往具有加合性．在硼酸[B（OH）₃]分子中，B原子與3個(gè)羥基相連，其晶體具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)，則分子中B原子雜化軌道的類型是sp²，其同層分子間的主要作用力是氫鍵．
（3）已知H₃BO₃與足量NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為H₃BO₃+OH^-=B（OH）₄^-，寫出硼酸的電離方程式：H₃BO₃+H₂O H⁺+B（OH）₄^-．
 
（4）H₃BO₃在加熱過程中首先轉(zhuǎn)變?yōu)镠BO₂（偏硼酸），繼而其中的BO₃結(jié)構(gòu)單元通過氧原子以B-O-B鍵形成鏈狀的或環(huán)狀的多硼酸根（如圖所示），其組成可表示為（BO₂）_n^n-．
（5）六方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與石墨晶體相似，層間相互作用為分子間作用力．六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，晶胞邊長(zhǎng)為361.5pm，立方氮化硼的密度是$\frac{4×25}{{N}_{A}×（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³（只要求列算式）．

Answer 1

分析 （1）硼處于第二周期ⅢA族；硼與Si處于對(duì)角線位置，二者性質(zhì)最相似；
（2）在硼酸[B（OH）₃]分子中，B原子與3個(gè)羥基相連，則分子中B原子雜化軌道數(shù)目為3，其晶體具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)，其同層分子間的主要作用力是氫鍵；
（3）H₃BO₃與水分子形成配位鍵后電離生成B（OH）₄^-、H⁺；
（4）由均攤法，可知每個(gè)B原子獨(dú)自占有2個(gè)O原子，B元素化合價(jià)為+2，O元素化合價(jià)為-2，計(jì)算化合價(jià)代數(shù)和確定離子所帶電荷；
（5）六方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與石墨晶體相似，層間相互作用為分子間作用力；
在金剛石的晶胞中含有的碳原子數(shù)為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，立方氮化硼與金剛石相似，所以氮化硼晶胞中硼原子和氮原子的數(shù)目各有4個(gè)，計(jì)算晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算立方氮化硼的密度．

解答 解：（1）硼處于第二周期ⅢA族，價(jià)電子排布式為2s²2p¹，硼與Si處于對(duì)角線位置，二者性質(zhì)最相似，由此預(yù)測(cè)自然界沒有游離態(tài)的硼，
故答案為：2s²2p¹；Si；沒有；
（2）在硼酸[B（OH）₃]分子中，B原子與3個(gè)羥基相連，則分子中B原子雜化軌道數(shù)目為3，分子中B原子雜化軌道的類型是，其晶體具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)，其同層分子間的主要作用力是氫鍵，
故答案為：sp²；氫鍵；
（3）H₃BO₃與水分子形成配位鍵后電離生成B（OH）₄^-、H⁺，即電離方程式為：H₃BO₃+H₂O H⁺+B（OH）₄^-，
故答案為：H₃BO₃+H₂O H⁺+B（OH）₄^-；
（4）由均攤法，可知每個(gè)B原子獨(dú)自占有2個(gè)O原子，B元素化合價(jià)為+2，O元素化合價(jià)為-2，多硼酸根的化合價(jià)代數(shù)和為3n+2×n（-2）=-n，故多硼酸根組成可表示為：（BO₂）_n^n-，
故答案為：（BO₂）_n^n-；
（5）六方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與石墨晶體相似，層間相互作用為分子間作用力；
在金剛石的晶胞中含有的碳原子數(shù)為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，立方氮化硼與金剛石相似，所以氮化硼晶胞中硼原子和氮原子的數(shù)目各有4個(gè)，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{25}{{N}_{A}}$g，晶胞邊長(zhǎng)為361.5pm，則氮化硼的密度為4×$\frac{25}{{N}_{A}}$g÷（361.5×10^-10cm）³=$\frac{4×25}{{N}_{A}×（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cmˉ³，
故答案為：分子間作用力；$\frac{4×25}{{N}_{A}×（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、微粒結(jié)構(gòu)、雜化方式、氫鍵、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，（5）中密度計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)，注意識(shí)記中學(xué)常見晶胞結(jié)構(gòu)，難度中等．