Question

12．已知六方氮化硼類似于石墨的結構，如圖所示，利用所學知識結合該圖回答下列問題．
（1）寫出六方氮化硼的化學式BN．
（2）硼原子與氮原子之間的化學鍵為極性共價鍵，層間作用力為分子間作用力．
（3）六方氮化硼雖然類似于石墨結構，但是不導電，其原因是六方氮化硼晶體結構其層結構中沒有自由電子．
（4）氮化硼和磷化硼都是高溫結構陶瓷，但氮化硼晶體的熔點要比磷化硼晶體高，其原因是磷化硼和氮化硼都屬于原子晶體，而氮原子的半徑比磷原子小，B-N共價鍵鍵長比B-P鍵短，鍵能大，所以氮化硼晶體的熔點要比磷化硼晶體的高．
（5）六方氮化硼在一定條件下可以轉化為另外一種結構X，該結構類似于金剛石，回答下列問題．
①在X結構的晶胞中含有的B原子數(shù)為4，含有的N原子數(shù)為4．
②在X中B原子與N原子之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目比為3：1．

Answer 1

分析 （1）根據圖形解答．正六邊形有六個點，就有六個原子．而每一個點是三個六邊形公用，據此計算晶胞中N、B原子數(shù)目確定化學式；
（2）不同非金屬元素之間易形成極性鍵；分子之間存在分子間作用力；
（3）晶體中存在可以自由移動的電子能導電；
（4）原子晶體中，物質熔點與原子半徑、鍵長成反比；
（5）立方氮化硼晶體結構結構類似于金剛石，立方氮化硼屬于原子晶體；立方氮化硼晶胞中N原子處于8個頂點和6個面心，氮原子與周圍的4個硼原子形成四面體結構、硼原子與周圍的4個氮原子形成四面體結構，據此分析判斷晶胞中含有的B、N原子數(shù)以及B原子與N原子之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目比．

解答 解：（1）根據六方氮化硼類似于石墨的結構，圖示為正六邊形，可推知每個正六邊形所占有的原子數(shù)為6個，而每一個點都是3個六邊形公用的，晶胞中N原子數(shù)目=6×$\frac{1}{3}$=2、B原子數(shù)目=2，故氮化硼的化學式為BN，
故答案為：BN；
（2）不同非金屬元素之間易形成極性鍵，所以B-N原子之間存在極性共價鍵；分子之間存在分子間作用力，所以層之間存在分子間作用力，
故答案為：極性共價鍵；分子間作用力；
（3）六方氮化硼晶體結構其層結構中沒有自由電子，所以不導電，
故答案為：六方氮化硼晶體結構其層結構中沒有自由電子；
（4）原子晶體中，物質熔點與原子半徑、鍵長成反比，磷原子的半徑比氮原子大，N-B共價鍵鍵長比B-P小，鍵能大，所以氮化硼晶體的熔點要比磷化硼晶體高，
故答案為：磷化硼和氮化硼都屬于原子晶體，而氮原子的半徑比磷原子小，B-N共價鍵鍵長比B-P鍵短，鍵能大，所以氮化硼晶體的熔點要比磷化硼晶體的高．
（5）立方氮化硼晶體結構結構類似于金剛石，屬于原子晶體；金剛石晶胞是立方體，其中8個頂點有8個碳原子，6個面各有6個碳原子，立方體內部還有4個碳原子，如圖所示：，所以金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，立方氮化硼中氮原子與周圍的4個硼原子形成四面體結構、硼原子與周圍的4個氮原子形成四面體結構，因此立方氮化硼晶胞中應該含有4個N和4個B原子，B原子最外層有3個電子，形成4個共價鍵，含有1個配位鍵，則B原子與N原子之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目比為3：1，
故答案為：4；4；3：1．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及六方氮化硼的化學式求算、化學鍵、晶胞計算等知識點，這些都是高頻考點，難點是晶胞密度計算，題目難度中等．