Question

11．氫能的存儲是氫能應(yīng)用的主要瓶頸，開發(fā)新型儲氫材料是氫能利用的重要研究方向，目前所采用或正在研究的主要儲氫材料有：配位氫化物、富氫載體化合物、碳質(zhì)材料、金屬氫化物等．
（1）Ti（BH₄）₂是一種過渡元素硼氫化物儲氫材料．
①基態(tài)Ti²⁺中含有的電子數(shù)為20，電子占據(jù)的最高能級是3d，該能級具有的原子軌道數(shù)為5．
②BH₄^-中的B原子的雜化方式是sp³．
（2）金屬氫化物是具有良好發(fā)展前景的儲氫材料．
①LiH中，離子半徑：Li⁺＜（填“＞”“＜”或“=”）H^-．
②某儲氫材料是短周期金屬元素M的氫化物，M的部分電離能如表所示：

I1/kJ•mol-1	I2/kJ•mol-1	I3/kJ•mol-1	I4/kJ•mol-1	I5/kJ•mol-1
738	1451	7733	10540	13630

該氫化物的化學(xué)式為MgH₂．
（3）液氨是富氫物質(zhì)，是氫能的理想載體．
①NH₃的相對分子質(zhì)量小于PH₃，但NH₃的沸點(diǎn)卻遠(yuǎn)高于PH₃，其原因是氨氣分子之間可以形成氫鍵．
②NH₃容易和分子中有空軌道的BF₃反應(yīng)形成新的化合物（用“→”表示配位鍵），該化合物的結(jié)構(gòu)式為．
（4）2008年，Yoon等人發(fā)現(xiàn)Ca與C₆₀（分子結(jié)構(gòu)如圖甲）生成的Ca₃₂C₆₀能大量吸附H₂分子．

①C₆₀晶體易溶于苯、CS₂，C₆₀是非極性（填“極性”或“非極性”）分子．
②1mol C₆₀分子中，含有σ 鍵數(shù)目為90N_A個．（阿伏加德羅常數(shù)數(shù)值為N_A）
（5）某金屬氫化物儲氫材料的晶胞結(jié)構(gòu)如圖乙所示，該金屬氫化物的化學(xué)式為H₂R．已知該晶體的密度為a g•cm^-3，金屬元素R的相對原子質(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)數(shù)值為N_A，則該晶胞的體積為$\frac{2M+4}{{a{N_A}}}$cm³．

Answer 1

分析 （1）①Ti是22號元素其原子核外有22個電子，Ti原子失去兩個電子生成Ti²⁺，該離子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d電子，電子占據(jù)的最高能級是3d能級，該能級具有的原子軌道數(shù)為5；
②BH₄^-中B原子價層電子對個數(shù)是4且不含孤對電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷B原子的雜化方式；
（2）①電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，離子半徑隨著原子序數(shù)增大而減小；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，M原子核外有2個電子，位于第IIA族，在化合物中呈現(xiàn)+2價，H為-1價，根據(jù)化合價判斷化學(xué)鍵；
（3）①結(jié)構(gòu)相似的氫化物，含有氫鍵的物質(zhì)熔沸點(diǎn)較高；
②NH₃容易和分子中有空軌道的BF₃反應(yīng)形成新的化合物，N原子和B原子之間存在配位鍵；
（4）①非極性分子的溶質(zhì)極易溶于非極性分子的溶劑；
②根據(jù)圖知，每個C原子含有σ 鍵個數(shù)=$\frac{1}{2}$×3=1.5；
（5）該晶胞中H原子個數(shù)=2+4×$\frac{1}{2}$=4，R原子個數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，H、R原子個數(shù)之比=4：2=2：1；根據(jù)密度和摩爾質(zhì)量計算V=$\frac{m}{ρ}$．

解答 解：（1）①Ti是22號元素其原子核外有22個電子，Ti原子失去兩個電子生成Ti²⁺，所以基態(tài)Ti²⁺中含有的電子數(shù)為20；該離子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d電子，電子占據(jù)的最高能級是3d能級，該能級具有的原子軌道數(shù)為5；
故答案為：20；3d；5；
②BH₄^-中B原子價層電子對個數(shù)是4且不含孤對電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論知B原子的雜化方式為sp³，
故答案為：sp³；
（2）①電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，離子半徑隨著原子序數(shù)增大而減小，所以離子半徑：Li⁺＜H^-，
故答案為：＜；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，M原子核外有2個電子，位于第IIA族，在化合物中呈現(xiàn)+2價，為Mg元素，H為-1價，該化合物化學(xué)鍵為MgH₂，
故答案為：MgH₂；
（3）①結(jié)構(gòu)相似的氫化物，含有氫鍵的物質(zhì)熔沸點(diǎn)較高，氨氣分子和膦分子結(jié)構(gòu)相似，但氨氣中含有氫鍵，導(dǎo)致熔沸點(diǎn)升高，
故答案為：氨氣分子之間可以形成氫鍵；
②NH₃容易和分子中有空軌道的BF₃反應(yīng)形成新的化合物，N原子和B原子之間存在配位鍵，其結(jié)構(gòu)式為，
故答案為：；
（4）①非極性分子的溶質(zhì)極易溶于非極性分子的溶劑，C₆₀晶體易溶于苯、CS₂，C₆₀是非極性分子，故答案為：非極性；
②根據(jù)圖知，每個C原子含有σ 鍵個數(shù)=$\frac{1}{2}$×3=1.5，1mol該物質(zhì)中σ 鍵個數(shù)=1.5×60×1mol×N_A/mol=90N_A，故答案為：90N_A；
（5）該晶胞中H原子個數(shù)=2+4×$\frac{1}{2}$=4，R原子個數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，H、R原子個數(shù)之比=4：2=2：1，所以其化學(xué)式為H₂R，該晶胞體積=$\frac{\frac{M+2}{{N}_{A}}×2}{ρ}$cm³=$\frac{2M+4}{{a{N_A}}}$cm³，
故答案為：H₂R；$\frac{2M+4}{{a{N_A}}}$．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及晶胞計算、相似相溶原理、氫鍵、原子核外電子排布等知識點(diǎn)，這些都是高頻考點(diǎn)，難點(diǎn)是晶胞計算、價層電子對互斥理論，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計算能力．