Question

氮化硼（BN）是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF₃和BN，如下图所示：

请回答下列问题：

（1）       由B₂O₃制备BF₃、BN的化学方程式依次是_________、__________；

（2）       基态B原子的电子排布式为_________；B和N相比，电负性较大的是_________，BN中B元素的化合价为_________；

（3）       在BF₃分子中，F-B-F的键角是_______，B原子的杂化轨道类型为_______，BF3和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^－的立体结构为_______；

（4）       在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为________，层间作用力为________；

（5）六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶苞边长为361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有______各氮原子、________各硼原子，立方氮化硼的密度是_______g·cm^-3（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为N_A）。

Answer 1

【解析】（1）由图可知B₂O₃与CaF₂和H₂SO₄反应即生成BF₃，同时还应该产生硫酸钙和水，方程式为B₂O₃＋3CaF₂＋3H₂SO₄2BF₃↑+3CaSO₄＋3H₂O；B₂O₃与氨气在高温下反应即生成BN，方程式为B₂O₃＋2NH₃2BN＋3H₂O；

（2）B的原子序数是5，所以基态B原子的电子排布式为1s²2s²sp¹；B和N都属于第二周期，同周期自左向右电负性逐渐增大，所以B和N相比，电负性较大的是N，B最外层有3个电子，所以化合价是+3价；

（3）依据价层电子对互斥理论可计算出中心原子的孤电子对数＝1/2(a-xb)＝1/2(3-3×1)＝0，所以BF₃分子为平面正三角形结构，F-B-F的键角是120°，杂化轨道类型为sp²；在BF₄^－中中心原子的孤电子对数＝1/2(a-xb)＝1/2(4-4×1)＝0，所以BF₄^－的结构为正四面体。

（4）B、N均属于非金属元素，二者形成的化学键是极性共价键；而层与层之间靠分子间作用力结合。

（5）描述晶体结构的基本单元叫做晶胞，金刚石晶胞是立方体，其中8个顶点有8个碳原子，6个面各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，如图所示。所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数＝8×1/8+6×1/2+4=8，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子。由于立方氮化硼的一个晶胞中含有4个N和4个B原子，其质量是是，立方体的体积是(361.5cm)³，因此立方氮化硼的密度是 g·cm^-3。

【答案】（1）B₂O₃＋3CaF₂＋3H₂SO₄2BF₃↑+3CaSO₄＋3H₂O；

B₂O₃＋2NH₃2BN＋3H₂O；

（2）1s²2s²sp¹；N；+3.

（3）120°；sp²；正四面体。

（4）共价键（或极性共价键）；分子间作用力。

（5）