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______ 2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O

Answer

（1）由图及元素守恒可写出这两个反应的方程式：B2O3+3CaF2+3H2SO42BF3↑+3CaSO4+3H2O；B2O3+2NH32BN+3H2O；
（2）B的原子序数为5，其基态原子的电子排布式为1s22s22p1；B和N都属于第二周期元素，同周期自左至右元素的电负性逐渐增大，故电负性较大的是N；B属于第ⅢA族元素，化合价为+3价．
（3）依据价层电子对互斥理论，计算出的孤对电子对数以及价层电子对数，可判断出分子的空间构型；
（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；根据其结构与石墨相似，层与层之间应该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×+6×+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．一个晶胞中的质量为，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5cm）3，因此立方氮化硼的密度是 g•cm-3．．
【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+3H2SO4 2BF3↑+3CaSO4+3H2O；B2O3与氨气在高温下反应即生成BN，方程式为
B2O3+2NH3 2BN+3H2O；故答案为：B2O3+3CaF2+3H2SO42BF3↑+3CaSO4+3H2O；B2O3+2NH32BN+3H2O；
（2）基态B原子的电子排布式为1s22s2sp1；B与N 均位于第二周期，电负性从左向右依次递减，所以N的电负性大于B；BN中B元素的化合价为+3．故答案为：1s22s2sp1；N；+3；
（3）依据价层电子对互斥理论，计算出BF3的孤对电子对数=×（a-xb）=×（4-4×1）=0，并且价层电子对数为3，所以BF3分子为平面正三角形结构，键角为120°，杂化方式为sp2；BF4-中心原子的孤对电子对数=×（a-xb）=×（4-4×1）=0，其价层电子对数为4，所以其结构为正四面体．故答案为：120°；sp2；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；根据石墨结构可知六方氮化硼晶体中，层与层之间靠分子间作用力结合．故答案为：共价键（或极性共价键）；分子间作用力；
（5）根据金刚石的结构可以判断出金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×+6×+4=8，因此一个立方氮化硼晶胞中含有4个N原子和4个B原子．一个晶胞中的质量为，一个立方氮化硼晶胞的体积是（361.5cm）3，因此立方氮化硼的密度是 g•cm-3．故答案为：．