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             、          ；

(2)基态B原子的电子排布式为           ；B和N相比，电负性较大的是

        ，BN中B元素的化合价为          ；

(3)在BF₃分子中，F-B-F的键角是         ，B原子的杂化轨道类型为

           ，BF₃和过量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的立体结构为      ；

(4)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为          ，层间作用力为        ；

(5)六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有         个氮原子、        个硼原子，立方氮化硼的密度是            g•cm^-3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为N_A)

Answer

【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， B2O3与氨气在高温下反应即生成BN。

(2)基态B原子的电子排布式为1s22s22p1；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。

(3)依据价层电子对互斥理论，计算出BF3的孤对电子对数为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为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。

(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，则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25×4g/NA，一个立方氮化硼晶胞的体积是(361.5×10-10cm)3，其密度为，。