Question

【物质结构与性质】磷化硼（BP）是一种受关注的耐磨涂层材料，可作为钛等金属表面的保护薄膜。

（1）三溴化硼和三溴化磷混合物在高温条件下与H₂反应可以制得BP。

①上述反应的化学方程式为________________________；

②磷原子中存在_____种不同能量的电子，电子占据的最高能层符号为_______。

③常温下，三溴化磷是淡黄色发烟液体，可溶于丙酮、四氯化碳中，该物质属于______晶体（填晶体类型）。

（2）已知磷酸是中强酸，硼酸是弱酸；pK_a= -lgK_a。

①有机酸的酸性强弱受邻近碳上取代原子的影响,如酸性：BrCH₂COOH >CH₃COOH。据此推测，pK_a：AtCH₂COOH____ClCH₂COOH（填“>”、“<”、“=”）

②磷酸是三元酸，写出两个与PO₄^3-具有相同空间构型和键合形式的分子或离子_________________。

③硼酸是一元酸，它在水中表现出来的弱酸性，并不是自身电离出氢离子所致，而是水分子与B(OH)₃结合，生成一个酸根离子，该阴离子的结构式为：_________（若存在配位键，请用箭头标出）。

（3）高温陶瓷材料Si₃N₄的成键方式如图1所示，结构中N—Si—N的键角比Si—N—Si的键角大，其原因是_____________________________________。

（4）磷化硼的晶体结构如图2所示。晶胞中P原子的堆积方式为________（填“简单立方”、“体心立方”或“面心立方最密”）堆积。若该晶体中最邻近的两个P原子之间的距离为a nm，则晶体密度为__________g·cm^-3（只需列出计算式）。

Answer

BBr3 + PBr3 + 3H2 BP + 6HBr 5 M 分子 > SO42-、ClO4- 等合理答案 N、Si原子均采取sp3杂化，一个Si原子与4个N原子成键，N—Si—N的键角为109.5º；而一个N原子与3个Si原子成键，N上一对孤对电子对成排斥力大于成键电子，压缩了Si—N—Si的键角 面心立方最密

【解析】（1）①根据反应条件和反应物、生成物书写方程式为BBr3+PBr3+3H2 BP+6HBr，故答案为：BBr3+PBr3+3H2 BP+6HBr；

②P原子核外有1s、2s、2p、3s、3p五种能级，一种能级有一种能量的电子；电子占据的最高能层符号为M，故答案为：5；M；

③分子晶体熔沸点较低，常温下，三溴化磷是淡黄色发烟液体，可溶于丙酮、四氯化碳中，该晶体熔沸点较低，说明为分子晶体，故答案为：分子；

（2）①酸的酸性越强，该酸溶液的pKa越小，酸性：BrCH2COOH>CH3COOH，据此推测取代原子得电子能力越强酸性越强，可知酸性AtCH2COOHClCH2COOH，故答案为：>；

②等电子体的结构和键合形式相同，则与磷酸根离子互为等电子体的微粒为SO42-、ClO4-等合理答案，故答案为：SO42-、ClO4-等合理答案；

③硼酸电离方程式为B（OH）3+H20⇌+H+，据此书写其电离出阴离子结构式为，故答案为：；

（3）N、Si原子均采取sp3杂化，一个Si原子与4个N原子成键，N-Si-N的键角为109.5°，而一个N原子与3个Si原子成键，N上还有一对孤对电子，孤电子对与成键电子对间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以Si-N-Si的键角更小，

故答案为：N、Si原子均采取sp3杂化，一个Si原子与4个N原子成键，N—Si—N的键角为109.5º；而一个N原子与3个Si原子成键，N上一对孤对电子对成排斥力大于成键电子，压缩了Si—N—Si的键角。

（4）根据图知，该晶胞是面心立方最密堆积，若该晶体中最邻近的两个P原子之间的距离为a nm，晶胞的棱长= anm，该晶胞中P原子个数B原子个数为4，晶胞密度 故答案为：面心立方最密；