Question

3．硼（B）及其化合物在化学中有重要的地位．请回答下列问题：
（1）Ga与B同主族，Ga的基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，B与同周期相邻两元素第一电离能由大到小的顺序是C＞Be＞B．
（2）硼酸（H₃BO₃）是白色片状晶体（层状结构如图1），有滑腻感，在冷水中溶解度很小，加热时溶解度增大．
①硼酸中B原子的杂化轨道类型为sp²．
②硼酸晶体中存在的作用力有范德华力和共价键、氢键．
③加热时，硼酸的溶解度增大，主要原因是加热破坏了硼酸分子之间的氢键，硼酸分子与水分子之间形成氢键．
④硼酸与水作用时，硼原子与水电离产生的OH^-以配位键结合形成Y^-离子，导致溶液中C（H⁺）＞c（OH^-），Y^-离子中的配位键可以表示为．
（3）硼酸与氢氧化钠反应后，将溶液蒸发结晶，可以得到硼砂．硼砂阴离子X^m-（含B、O、H三种元素）的球棍模型如图2所示，X^m-离子内部有（填“有”或“没有”配位键），判断的理由是B原子最外层只有三个价电子，但是4号B原子形成了4个键．

Answer 1

分析 （1）Ga与B同主族，处于第四周期ⅢA族，核外电子数为31，结合核外电子排布规律书写；同周期从左到右第一电离能增大，但是第IIA和第IIIA族、第VA和第VIA反常；
（2）①由图可知，B原子形成3个B-Oσ键，没有孤电子对，据此判断B原子杂化方式；
②由硼酸晶体结构可知，层内分子中O与B、H之间形成共价键，分子间H、O之间形成氢键；
③加热破坏了硼酸分子之间的氢键，硼酸分子与水分子之间形成氢键；
④硼酸与水作用时，硼原子与水电离产生的OH^-以配位键结合形成Y^-离子，氧元素提供孤对电子给硼元素O→B；
（3）1，3，5，6代表氧原子，2，4代表B原子，2号B形成3个键，则B原子为SP²杂化，4号B形成4个键，则B原子为SP³杂化； B一般是形成3个键，4号B形成4个键，其中1个键很可能就是配位键，配位键存在4号与5号之间，据此判断．

解答 解：（1）Ga与B同主族，处于第四周期ⅢA族，核外电子数为5+8+18=31，根据构造原理知其基态原子核外电子分布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，同周期从左到右第一电离能增大，但是第IIA和第IIIA族、第VA和第VIA反常，故第一电离能：C＞Be＞B，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹； C＞Be＞B；
（2）①由图可知，B原子形成3个B-Oσ键，没有孤电子对，B原子杂化轨道数目为3，B原子采取sp²杂化方式，故答案为：sp²；
②由硼酸晶体结构可知，层内分子中O与B、H之间形成共价键，分子间H、O之间形成氢键，层与层之间为范德华力，
故答案为：共价键、氢键；
③加热破坏了硼酸分子之间的氢键，硼酸分子与水分子之间形成氢键，加热时，硼酸的溶解度增大，
故答案为：加热破坏了硼酸分子之间的氢键，硼酸分子与水分子之间形成氢键；
④硼酸中B原子属于缺电子原子，在水溶液中可以结合水电离出的氢氧根，硼酸与水作用，B（OH）₃+H₂0?+H⁺，Y^-离子中的配位键可以表示为，氧元素提供孤对电子给硼元素O→B，

故答案为：；
（3）B原子最外层只有三个价电子，4号B形成4个键，则B原子为SP³杂化； B一般是形成3个键，4号B形成4个键，其中1个键很可能就是配位键，配位键存在4号与5号之间，
故答案为：有；B原子最外层只有三个价电子，但是4号B原子形成了4个键．

点评 本题是对物质结构的考查，题目涉及电子排布式、第一电离能、杂化理论的应用氢键和分子间作用力等，涉及知识点较多，需要学生具备扎实的基础与扎实迁移运用能力，难度中等．