Question

【題目】我國著名化學家申泮文教授對硼烷化學的研究開啟了無機化學的新篇章；硼族元素及其化合物應用廣泛。回答下列問題：

（1）基態B原子的價電子軌道表達式為________，B原子核外電子有_____個不同的能級。

（2）硼、鋁同主族，晶體硼的熔點為2300℃，金屬鋁的熔點為660.3℃，試從晶體結構解釋其原因：_________________________________________________。

（3）實驗測得AlCl3的蒸氣是締合的雙分子（Al2Cl6），它的結構和球棍模型如圖：

已知在Al2Cl6分子中正負電荷中心重合，則Al2Cl6屬于______分子（填“極性”或“非極性”），其中Al原子的軌道雜化類型是_________。

（4）氨硼烷（NH3BH3）是一種高性能新型儲氫材料，分子中存在配位鍵，提供孤電子對的成鍵原子是________（填元素符號），寫出一種與氨硼烷互為等電子體的分子________（填化學式）。

（5）常溫常壓下硼酸（H3BO3）晶體結構為層狀，其二維平面結構如圖1所示。試解釋硼酸在冷水中的溶解度小而加熱時溶解度增大的原因_________________________________________。

（6）氮化硼（BN）晶體是一種特殊的耐磨和切削材料，其晶胞結構與金剛石相似，如圖2所示。

①氮化硼晶體中與氮原子直接連接的硼原子構成的幾何形狀為________。

②已知立方氮化硼晶體中晶胞參數為a nm，阿伏加德羅常數值為NA，則該晶體的密度表達式為_________gcm3。

Answer 1

【答案】 3 鋁為金屬晶體，金屬鍵不強，熔點不高；晶體硼為原子晶體，原子間靠共價鍵結合，且共價鍵數量多，作用較強，因此其熔點高于鋁 非極性 sp3 N C2H6 硼酸分子間通過氫鍵締合，加熱時部分氫鍵被破壞 正四面體

【解析】

（1）B為5號元素，根據核外電子排布規律分析；

（2）結合晶體類型與物質熔點的關系分析；

（3）根據空間成鍵方式判斷；

（4）根據元素原子的電負性分析作答；

（5）結合題意，根據氫鍵對物質沸點的影響效果作答；

（6）在氮化硼晶體中，N原子位于晶胞的8個頂點和6個面心，所以有：8×+6×=4個；B原子位于晶胞的內部，共4個，則一個晶胞中有4個N和4個B，結合幾何關系計算。

（1）B原子核外電子排布為1s22s22p1，共占有3個不同的能級；價電子為2s22p1。

（2）鋁為金屬晶體，金屬鍵不強，熔點不高；晶體硼為原子晶體，原子間靠共價鍵結合，且共價鍵數量多，作用較強，因此其熔點高于鋁。

（3）Al2Cl6分子中正負電荷中心重合，則屬于非極性分子；在Al2Cl6中每個鋁原子和4個氯原子形成共價鍵，故Al原子采取sp3雜化。

（4）氨硼烷(NH3BH3)中，N和B的化合價均為3，“BH3”與“NH3”的化合價都是0，兩者之間通過配位鍵相連，B的最外層有3個電子結合3個H原子，還缺少兩個電子就達到穩定結構，而N結合3個H原子，還有1個孤電子對，所以N提供孤對電子而B提供空軌道形成配位鍵。與氨硼烷互為等電子體的微粒，必須具有相同的價電子數和原子數，C2H6與氨硼烷互為等電子體。

（5）在H3BO3分子間主要通過氫鍵相連，加熱時部分氫鍵易被破壞，所以硼酸在冷水中的溶解度小而加熱時溶解度增大。

（6）①在氮化硼晶體中，N原子位于晶胞的8個頂點和6個面心，所以有：8×+6×=4個；B原子位于晶胞的內部，共4個，則一個晶胞中有4個N和4個B。與N原子直接相連接的B原子構成的幾何形狀和與B原子直接相連接的N原子構成的幾何形狀一樣，均為正四面體，其中N原子在體心，4個B原子在頂點。

②晶胞的質量：m=ρ·V=×(11+14) g，故ρ=÷(a×107)3gcm3=gcm3。