Question

17．硼（B）及其化合物在化學(xué)中有重要的地位．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）Ga與B同主族，Ga的基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，第一電離能由大到小的順序是B＞Ga
（2）硼酸（H₃B0₃）是白色片狀晶體（層狀結(jié)構(gòu)如圖1），有滑膩感，在冷水中溶解度很小，加熱時(shí)溶解度增大．

①硼酸中B原子的雜化軌道類型為sp²．
②硼酸晶體中存在的作用力有范德華力和共價(jià)鍵、氫鍵．
③加熱時(shí)，硼酸的溶解度增大，主要原因是加熱破壞了硼酸分子之間的氫鍵，硼酸分子與水分子之間形成氫鍵．
④硼酸是一元弱酸，在水中電離時(shí)，硼酸結(jié)合水電離出的OHˉ而呈酸性．寫出硼酸的電離方程式H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺．
（3）硼氫化鈉（NaBH₄）是有機(jī)化學(xué)中的一種常用還原劑，在熱水中水解生成硼酸鈉和氫氣，用化學(xué)方程式表示其反應(yīng)原理NaBH₄+4H₂O═Na[B（OH）₄]+4H₂↑或NaBH₄+2H₂O═NaBO₂+4H₂↑．[BH₄]^-的空間構(gòu)型是正四面體．
（4）B₃N₃H₆可用來(lái)制造具有耐油、耐高溫性能的特殊材料．寫出它的一種等電子體物質(zhì)的分子式C₆H₆．
（5）硼化鎂晶體在39K時(shí)呈超導(dǎo)性．在硼化鎂晶體中，鎂原子和硼原子是分層排布的，圖2是該晶體微觀結(jié)構(gòu)的透視圖，圖2中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上．則硼化鎂的化學(xué)式為MgB₂．
（6）金剛石的晶胞如圖3．立方氮化硼的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，已知晶胞邊長(zhǎng)為361.5pm，則立方氮化硼的密度是$\frac{4×25}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cmˉ³（只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值，阿伏伽德羅常數(shù)用N_A表示）．

Answer 1

分析 （1）Ga與B同主族，處于第四周期ⅢA族，核外電子數(shù)為5+8+18=31，結(jié)合核外電子排布規(guī)律書(shū)寫；同主族自上而下第一電離能減小；
（2）①由圖可知，B原子形成3個(gè)B-Oσ鍵，沒(méi)有孤電子對(duì)，據(jù)此判斷B原子雜化方式；
②由硼酸晶體結(jié)構(gòu)可知，層內(nèi)分子中O與B、H之間形成共價(jià)鍵，分子間H、O之間形成氫鍵；
③加熱破壞了硼酸分子之間的氫鍵，硼酸分子與水分子之間形成氫鍵；
④硼酸是一元弱酸，在水中電離時(shí)，硼酸結(jié)合水電離出的OH^-而呈酸性，即電離生成[B（OH）₄]^-、H⁺；
（3）硼氫化鈉（NaBH₄）是有機(jī)化學(xué)中的一種常用還原劑，在熱水中水解生成硼酸鈉和氫氣，據(jù)此書(shū)寫方程式；計(jì)算[BH₄]^-中B原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)與孤電子對(duì)，確定其空間構(gòu)型；
（4）原子總數(shù)相同、價(jià)電子總數(shù)相同的微粒互為等電子體；
（5）該晶體微觀結(jié)構(gòu)的透視圖中，每個(gè)Mg原子周圍有6個(gè)B原子，每個(gè)B原子為3個(gè)Mg原子共用，利用均攤法計(jì)算解答；
（6）金剛石晶胞中C原子處在立方體的8個(gè)頂點(diǎn)，6個(gè)面心，體內(nèi)有4個(gè)，根據(jù)均攤法可知晶胞中含有8個(gè)C原子，BN的化學(xué)式可推知，晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，一個(gè)晶胞中各含有4個(gè)B原子、4個(gè)N原子，進(jìn)而計(jì)算氮化硼晶胞質(zhì)量，根據(jù)密度=質(zhì)量÷體積計(jì)算氮化硼的密度．

解答 解：（1）Ga與B同主族，處于第四周期ⅢA族，核外電子數(shù)為5+8+18=31，根據(jù)構(gòu)造原理知其基態(tài)原子核外電子分布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，同主族自上而下第一電離能減小，故第一電離能：B＞Ga，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹；B＞Ga；
（2）①由腿可知，B原子形成3個(gè)B-Oσ鍵，沒(méi)有孤電子對(duì)，B原子雜化軌道數(shù)目為3，B原子采取sp²雜化方式，故答案為：sp²；
②由硼酸晶體結(jié)構(gòu)可知，層內(nèi)分子中O與B、H之間形成共價(jià)鍵，分子間H、O之間形成氫鍵，層與層之間為范德華力，故答案為：共價(jià)鍵、氫鍵；
③加熱破壞了硼酸分子之間的氫鍵，硼酸分子與水分子之間形成氫鍵，加熱時(shí)，硼酸的溶解度增大，
故答案為：加熱破壞了硼酸分子之間的氫鍵，硼酸分子與水分子之間形成氫鍵；
④硼酸是一元弱酸，在水中電離時(shí)，硼酸結(jié)合水電離出的OH^-而呈酸性，即電離生成[B（OH）₄]^-、H⁺，電離方程式為：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺，
故答案為：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺；
（3）硼氫化鈉（NaBH₄）是有機(jī)化學(xué)中的一種常用還原劑，在熱水中水解生成硼酸鈉和氫氣，反應(yīng)方程式為：NaBH₄+4H₂O═Na[B（OH）₄]+4H₂↑或NaBH₄+2H₂O═NaBO₂+4H₂↑；
[BH₄]^-中B原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4+$\frac{3+1-1×4}{2}$=4，沒(méi)有孤電子對(duì)，其空間構(gòu)型為正四面體，
故答案為：NaBH₄+4H₂O═Na[B（OH）₄]+4H₂↑或NaBH₄+2H₂O═NaBO₂+4H₂↑；正四面體；
（4）原子總數(shù)相同、價(jià)電子總數(shù)相同的微�；�為等電子體，1個(gè)B、N原子相當(dāng)于2個(gè)C原子，故B₃N₃H₆的一種等電子體物質(zhì)的分子式為：C₆H₆，故答案為：C₆H₆；
（5）該晶體微觀結(jié)構(gòu)的透視圖中，每個(gè)Mg原子周圍有6個(gè)B原子，每個(gè)B原子為3個(gè)Mg原子共用，于一個(gè)Mg原子的B原子為$\frac{1}{3}$×6=2，Mg、硼原子個(gè)數(shù)比為1：2，故硼化鎂的化學(xué)式為MgB₂，故答案為：MgB₂；
（6）金剛石晶胞中C原子處在立方體的8個(gè)頂點(diǎn)，6個(gè)面心，體內(nèi)有4個(gè)，金剛石晶胞中碳原子數(shù)目為：4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，BN的化學(xué)式可推知，晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，一個(gè)晶胞中各含有4個(gè)B原子、4個(gè)N原子，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{25}{{N}_{A}}$g，晶胞的體積是（361.5×10^-10）³cm³，故立方氮化硼的密度=4×$\frac{25}{{N}_{A}}$g÷（361.5×10^-10）³cm³=$\frac{4×25}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{4×25}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，屬于拼合型題目，涉及知識(shí)點(diǎn)較多，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與扎實(shí)遷移運(yùn)用能力，難度中等．