氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,只有层状结构,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。

所属学校:学历教育 科目:高中化学 2024-11-20 08:29:37 高中化学

氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,只有层状结构,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。

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(1)基态硼原子的电子排布式为___________________。

(2)下列关于这两种晶体的说法,正确的是______________(填序号)

a.立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大

b.六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软

c.两种晶体的B-N键均为共价键

d.两种晶体均为分子晶体

e.立方相氮化硼的晶体晶胞中,含有4个B原子,4个N原子

(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为___________,其结构与石墨相似却不导电,原因是________________________________。

(4)立方氮化硼和金刚石是等电子体,其晶胞如图所示,则处于晶胞顶点上的原子配位数为________________,若晶胞边长为361.5pm,则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,阿伏加德罗常数的值为NA)。

2

(5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一,1mol NH4BF4含有___________mol配位键。

【答案】

1s22s22p1 bce 平面三角形 层状结构中没有自由移动的电子 4 1 2

【解析】

(1)在元素周期表中B是5号元素,基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。

(2)a项,立方相氮化硼中,N原子和B原子之间存在共价单键,所以该化合物中含有σ键不存在π键,故a错误;b项,六方相氮化硼层间为分子间作用力,作用力小,导致其质地软,故b正确;c项,非金属元素之间易形成共价键,所以N原子和B原子之间存在共价键,故c正确;d项,立方相氮化硼为空间网状结构,不存在分子,为原子晶体,故d错误;e项,由均摊法可知,立方相氮化硼的晶胞中含有4个B原子、4个N原子,e正确;故答案为:bce。

(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻3个氮原子形成3个σ键,无孤电子对,其空间构型为平面三角形,其结构与石墨相似,但六方相氮化硼晶体的层状结构中没有自动移动的电子,故不导电。

(4)一个立方氮化硼晶胞中含有4个N原子和4个B原子,以B原子为中心,与B原子距离最近且等距离的N原子有4个,则处于晶胞顶点上的原子配位数为4;一个晶胞的质量为1 g,晶胞的体积为2cm3 = 361.5 pm×10-10cm/ pm,所以ρ = 3g·cm-3 = 4 g·cm-3。

(5)NH4BF4(氟硼酸铵)含有NH4+、BF4-离子,1个NH4+离子中含有1个配位键,1个BF4-离子中也含有1个配位键,故1 mol NH4BF4含有2 mol配位键。

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