Question

硼及其化合物应用广泛。回答下列问题：

（1）基态B原子的价电子轨道表达式为________，其第一电离能比Be ________（填“大”或“小”）。

（2）氨硼烷（NH₃BH₃）被认为是最具潜力的新型储氢材料之一，分子中存在配位键，提供孤电子对的成键原子是________，写出一种与氨硼烷互为等电子体的分子________（填化学式）。

（3）常温常压下硼酸（H₃BO₃）晶体结构为层状，其二维平面结构如图a。

① B原子的杂化方式为________。从氢键的角度解释硼酸在冷水中的溶解度小而加热时溶解度增大：________。

② 路易斯酸碱理论认为，任何可接受电子对的分子或离子叫路易斯酸，任何可给出电子对的分子或离子叫路易斯碱。从结构角度分析硼酸是路易斯酸：________。

（4）立方氮化硼（BN）是特殊的耐磨和切削材料，其晶胞结构与金刚石相似，如图b所示。

① 与氮原子直接连接的硼原子构成的几何形状为________。硼原子和氮原子所连接的最小环为________元环。

② 晶胞有两个基本要素：

原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。如图b所示，其中原子坐标参数X为（0，0，0），Y原子的坐标参数为（1/2，0，1/2），则Z原子的坐标参数为________。

晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知立方氮化硼的密度为d g∙cm^－3，阿伏加德罗常数值为N_A，则晶胞参数a＝________nm。（列出计算式即可）

Answer

小 N C2H6 sp2 硼酸分子间通过氢键缔合，加热时部分氢键被破坏。 硼酸分子中B原子有一个2p空轨道。 正四面体 六 (， ， )

【解析】（1）B原子原子核内5个质子，基态B原子电子排布式是：1s22s22p1，所以基态B原子的价电子轨道表达式为：；B原子价电子排布为2s22p1，Be原子价电子排布为2s2，虽然p能级能量较高，但根据"洪特规则"，等价轨道全满或者半满或者全空是相对稳定的结构，故B第一电离能比Be小。

（2）氨硼烷（NH3BH3）中，N和B的化合价都是-3，BH3与NH3的化合价都是0，两者之间是通过配位键相连的的，B的最外层有三个电子，结合三个H原子，还缺少两个电子就达稳定结构，而N结合三个H还有一个孤电子对，所以N提供孤电子对而B提供空轨道形成配位键；等电子体具有相同的电子数目和原子数目，C2H6与氨硼烷互为等电子体。

（3）①硼原子最外层只有3个电子，与氧原子形成3对共用电子对，价层电子对为3，杂化轨道数为3，杂化类型为sp2；层内的H3BO3分子之间主要通过氢键相连，加热时部分氢键容易被破坏，所以硼酸在冷水中的溶解度小而加热时溶解度增大。②硼酸分子中心的B原子sp2杂化，有3个sp2和1个2p轨道，轨道总数就是4；B有3个价电子，分别在3个sp2轨道中和氧成键，那么成键数目是3；硼的电子都用掉了，所以没有孤对电子，那么就有一个空轨道，也就是2P空轨道，根据路易斯酸碱理论：任何可接受电子对的分子或离子叫路易斯酸，所以硼酸是路易斯酸。

（4）①立方氮化硼（BN）如图b，N(白色)占据立方体的8个顶点和6个面心，所以有8×+6×=4个；B(黑色)占据小立方体（八分之一个晶胞）的中心，共4个，则一个晶胞中有4个N，4个B；与氮原子直接连接的硼原子构成的几何形状为正四面体，其中氮原子在体心，4个硼原子在顶点；硼原子和氮原子所连接的最小环为六元环。②原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。如图b所示，其中原子坐标参数X为（0，0，0），Y原子的坐标参数为（1/2，0，1/2），Z为B(黑色)占据小立方体（八分之一个晶胞）的中心，可知Z处于到各个面的处，则Z原子的坐标参数为(， ， )。由已知立方氮化硼的密度为d g∙cm－3，阿伏加德罗常数值为NA，晶胞参数为a，N的相对原子质量为14，B的相对原子质量为11，则根据晶胞的质量列式：d×a3=，所以a= cm=×107 nm。