Question

[化学——选修3:物质结构与性质](15分)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       ，从原子结构的角度分析，B、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序是          。

（2）硼酸(H₃B0₃)是白色片状晶体(层状结构如图)，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      。

②硼酸晶体中存在的作用力有范德华力和      。

③加热时，硼酸的溶解度增大，主要原因是      。

④硼酸是一元弱酸，在水中电离时，硼酸结合水电离出的OHˉ而呈酸性。写出硼酸的电离方程式_      。

（3）硼氢化钠(NaBH₄)是有机化学中的一种常用还原剂，在热水中水解生成硼酸钠和氢气，用化学方程式表示其反应原理     。[BH₄]^－的空问构型是____。

（4）B₃N₃H₆可用来制造具有耐油、耐高温性能的特殊材料。写出它的一种等电子体物质的分子式      。

（5）硼化镁晶体在39K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为      。

（6）金刚石的晶胞如图。立方氮化硼的结构与金刚石相似，已知晶胞边长为361.5pm，则立方氮化硼的密度是____g·cmˉ³(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数用N_A表示)。

Answer

(15分)

（1）1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar] 3d104s24p1 O＞C＞B

（2）①sp2 ②氢键、共价键

③加热破坏了硼酸分子之间的氢键

④H3BO3＋H2O [B(OH)4]－＋H＋

（3）NaBH4＋4H2O═Na[B(OH)4] ＋4H2↑或NaBH4＋2H2O═NaBO2＋4H2↑ 正四面体

（4）C6H6 （5）MgB2

（6）

【解析】

试题分析：（1）Ga在第四同期第ⅢA族，根据原子结构特点，可写出Ga元素的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，同周期元素的第一电离能从左至右逐渐增大，B、C、O元素的第一电离能由大到小的顺序为O＞C＞B；

（2）①由硼酸的层状结构可以看出，B原子形成3个σ键，无孤对电子，所以硼酸中B原子的杂化轨道类型为sp2杂化；②根据硼酸晶体的层状结构，硼酸晶体中存在氢键(-OH…O)、共价键(B—O)和范德华力，所以硼酸晶体中存在的作用力有范德华力和氢键和共价键；③在硼酸晶体中，分子与分子之间有氢键和范德华力，氢键的键能比范德华力大，加热时， 破坏了硼酸分子之间的氢键，导致硼酸的溶解度增大；④硼酸是一元弱酸，在水中电离时，硼酸结合水电离出的OHˉ而呈酸性，则硼酸的电离方程式为H3BO3＋H2O [B(OH)4]－＋H＋ 。

（3）硼氢化钠(NaBH4) 在热水中水解生成硼酸钠和氢气，所以化学方程式为NaBH4＋2H2O═NaBO2＋4H2↑，[BH4]－与CH4 是等电子体，属于AB4型分子，分子的空间构型是正四面体；

（4）B3N3H6的价电子数为30，所以它的一种等电子体物质是苯，苯的分子式为C6H6；

（5）由题给图所示，取平行四边形所在的晶胞计算：Mg为4×1/4=1，B为2，硼化镁的化学式为MgB2。

（6）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，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 g，立方体的体积是(361.5×10－10)3，因此立方氮化硼的密度是。

考点：考查核外电子排布、原子轨道杂化类型与空间构型，结构与性质，用均摊法求晶体的化学式。