Question

【題目】硼及其化合物應(yīng)用廣泛。回答下列問(wèn)題：

（1）基態(tài)B原子的價(jià)電子軌道表達(dá)式為________，其第一電離能比Be ________（填“大”或“小”）。

（2）氨硼烷（NH3BH3）被認(rèn)為是最具潛力的新型儲(chǔ)氫材料之一，分子中存在配位鍵，提供孤電子對(duì)的成鍵原子是________，寫(xiě)出一種與氨硼烷互為等電子體的分子________（填化學(xué)式）。

（3）常溫常壓下硼酸（H3BO3）晶體結(jié)構(gòu)為層狀，其二維平面結(jié)構(gòu)如圖a。

① B原子的雜化方式為________。從氫鍵的角度解釋硼酸在冷水中的溶解度小而加熱時(shí)溶解度增大：________。

② 路易斯酸堿理論認(rèn)為，任何可接受電子對(duì)的分子或離子叫路易斯酸，任何可給出電子對(duì)的分子或離子叫路易斯堿。從結(jié)構(gòu)角度分析硼酸是路易斯酸：________。

（4）立方氮化硼（BN）是特殊的耐磨和切削材料，其晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，如圖b所示。

① 與氮原子直接連接的硼原子構(gòu)成的幾何形狀為________。硼原子和氮原子所連接的最小環(huán)為________元環(huán)。

② 晶胞有兩個(gè)基本要素：

原子坐標(biāo)參數(shù)，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對(duì)位置。如圖b所示，其中原子坐標(biāo)參數(shù)X為（0，0，0），Y原子的坐標(biāo)參數(shù)為（1/2，0，1/2），則Z原子的坐標(biāo)參數(shù)為________。

晶胞參數(shù)，描述晶胞的大小和形狀。已知立方氮化硼的密度為d gcm－3，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則晶胞參數(shù)a＝________nm。（列出計(jì)算式即可）

Answer 1

【答案】 小 N C2H6 sp2 硼酸分子間通過(guò)氫鍵締合，加熱時(shí)部分氫鍵被破壞。 硼酸分子中B原子有一個(gè)2p空軌道。 正四面體 六 (， ， )

【解析】（1）B原子原子核內(nèi)5個(gè)質(zhì)子，基態(tài)B原子電子排布式是：1s22s22p1，所以基態(tài)B原子的價(jià)電子軌道表達(dá)式為：；B原子價(jià)電子排布為2s22p1，Be原子價(jià)電子排布為2s2，雖然p能級(jí)能量較高，但根據(jù)"洪特規(guī)則"，等價(jià)軌道全滿或者半滿或者全空是相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，故B第一電離能比Be小。

（2）氨硼烷（NH3BH3）中，N和B的化合價(jià)都是-3，BH3與NH3的化合價(jià)都是0，兩者之間是通過(guò)配位鍵相連的的，B的最外層有三個(gè)電子，結(jié)合三個(gè)H原子，還缺少兩個(gè)電子就達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而N結(jié)合三個(gè)H還有一個(gè)孤電子對(duì)，所以N提供孤電子對(duì)而B提供空軌道形成配位鍵；等電子體具有相同的電子數(shù)目和原子數(shù)目，C2H6與氨硼烷互為等電子體。

（3）①硼原子最外層只有3個(gè)電子，與氧原子形成3對(duì)共用電子對(duì)，價(jià)層電子對(duì)為3，雜化軌道數(shù)為3，雜化類(lèi)型為sp2；層內(nèi)的H3BO3分子之間主要通過(guò)氫鍵相連，加熱時(shí)部分氫鍵容易被破壞，所以硼酸在冷水中的溶解度小而加熱時(shí)溶解度增大。②硼酸分子中心的B原子sp2雜化，有3個(gè)sp2和1個(gè)2p軌道，軌道總數(shù)就是4；B有3個(gè)價(jià)電子，分別在3個(gè)sp2軌道中和氧成鍵，那么成鍵數(shù)目是3；硼的電子都用掉了，所以沒(méi)有孤對(duì)電子，那么就有一個(gè)空軌道，也就是2P空軌道，根據(jù)路易斯酸堿理論：任何可接受電子對(duì)的分子或離子叫路易斯酸，所以硼酸是路易斯酸。

（4）①立方氮化硼（BN）如圖b，N(白色)占據(jù)立方體的8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心，所以有8×+6×=4個(gè)；B(黑色)占據(jù)小立方體（八分之一個(gè)晶胞）的中心，共4個(gè)，則一個(gè)晶胞中有4個(gè)N，4個(gè)B；與氮原子直接連接的硼原子構(gòu)成的幾何形狀為正四面體，其中氮原子在體心，4個(gè)硼原子在頂點(diǎn)；硼原子和氮原子所連接的最小環(huán)為六元環(huán)。②原子坐標(biāo)參數(shù)，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對(duì)位置。如圖b所示，其中原子坐標(biāo)參數(shù)X為（0，0，0），Y原子的坐標(biāo)參數(shù)為（1/2，0，1/2），Z為B(黑色)占據(jù)小立方體（八分之一個(gè)晶胞）的中心，可知Z處于到各個(gè)面的處，則Z原子的坐標(biāo)參數(shù)為(， ， )。由已知立方氮化硼的密度為d gcm－3，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，晶胞參數(shù)為a，N的相對(duì)原子質(zhì)量為14，B的相對(duì)原子質(zhì)量為11，則根據(jù)晶胞的質(zhì)量列式：d×a3=，所以a= cm=×107 nm。