Question

【題目】開發(fā)新型儲(chǔ)氫材料是氫能源利用的重要研究方向之一。請回答以下問題：

(1)Ti(BH4)3是一種儲(chǔ)氫材料，可由TiCl4和LiBH4反應(yīng)制得。

①基態(tài)Ti3+的電子排布式為____________________；LiBH4中Li、B、H元素的電負(fù)性由大到小的排列順序?yàn)?/span>_________________。

②另有一種含鈦元素的新型材料，其理論結(jié)構(gòu)模型如圖所示，圖中虛線框內(nèi)碳原子的雜化軌道類型為____________。

(2)氨硼烷(NH3BH3)是優(yōu)良的儲(chǔ)氫材料，少量氨硼烷可以由硼烷(B2H6)和NH3合成。

①NH3BH3中是否存在配位鍵__________(填“是”或“否”)；與NH3BH3互為等電子體的分子的化學(xué)式為__________。

②B、C、N與O元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>___________________。

③氨硼烷在高溫下釋放氫后生成的立方氮化硼晶體，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度略小于金剛石。則立方氮化硼晶體可用作___________(選填下列字母序號)。

a．切削工具 b．鉆探鉆頭 c．導(dǎo)電材料 d．耐磨材料

(3)一種有儲(chǔ)氫功能的銅合金晶體具有面心立方最密堆積的結(jié)構(gòu)，晶胞中Cu原子處于面心，Au原子處于頂點(diǎn)位置,氫原子可進(jìn)入到由Cu原子與Au原子構(gòu)成的四面體空隙中。

①若將Cu原子與Au原子等同看待，該晶體儲(chǔ)氫后的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF2的結(jié)構(gòu)相似，該晶體儲(chǔ)氫后的化學(xué)式為________________；

②銅與其它許多金屬及其化合物都可以發(fā)生焰色反應(yīng)，其原因是_______________。

(4)金屬氫化物也是具有良好發(fā)展前景的儲(chǔ)氫材料。某儲(chǔ)氫材料是短周期金屬元素R的氫化物。R的部分電離能如下表所示：

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

①該金屬元素是___________(填元素符號)．．

②若氫化物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示(有4個(gè)H原子位于面上，其余H原子位于晶胞內(nèi))，已知該晶體的密度為ρg·cm-3,則該晶胞的體積為__________cm3[用含ρ、NA的代數(shù)式表示(其中NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)]。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d1 H>B>Li sp、sp2、sp3 是 C2H6 N>O>C>B a b d Cu3AuH8 激發(fā)態(tài)的電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時(shí)，以一定波長的光的形式釋放能量 Mg

【解析】（1）①Ti是第22號元素，原子的核外電子排布為1s22s22p63s23p63d24s2，轉(zhuǎn)化為Ti3+應(yīng)該失去3個(gè)電子，離子的電子排布為1s22s22p63s23p63d1。Li為金屬一定是電負(fù)性較小，H是非金屬中電負(fù)性較小的元素，所以電負(fù)性順序?yàn)椋?/span>H>B>Li。

②虛線框中碳原子有形成單鍵（連接四個(gè)碳原子）、雙鍵（連接三個(gè)碳原子）和三鍵（連接兩個(gè)碳原子）的三種不同形態(tài)，所以雜化類型分別為sp3雜化、sp2雜化和sp雜化�？梢詤⒖枷聢D：。

（2）①NH3中的N原子存在孤電子對，BH3中的B原子有空軌道，所以存在如下的配位鍵：H3N→BH3。NH3BH3與C2H6原子數(shù)相等，價(jià)電子數(shù)也相同，所以是等電子體。

②同周期元素的第一電離能應(yīng)該是從左向右依次增大，但是N的p能級上有3個(gè)電子，是半滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以N的第一電離能較大，得到第一電離能的順序?yàn)椋?/span>N>O>C>B。

③立方氮化硼晶體具有很高的硬度（只是略小于金剛石），所以其可以用作切削工具、鉆探探頭、耐磨材料等，但是和金剛石一樣，該晶體應(yīng)該不導(dǎo)電，所以不能用作導(dǎo)電材料。答案為abd。

（3）①氟化鈣的晶胞結(jié)構(gòu)為，白球?yàn)?/span>Ca2+占據(jù)晶胞的頂點(diǎn)和面心，黑球?yàn)?/span>F-占據(jù)晶胞的8個(gè)四面體空隙。所以儲(chǔ)氫晶體的晶胞中Au位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)為8× = 1個(gè)；Cu位于晶胞的6個(gè)面心為6× = 3個(gè)；H占據(jù)晶胞內(nèi)部的8個(gè)四面體空隙，所以有8個(gè)，晶體化學(xué)式為Cu3AuH8。

②金屬元素發(fā)生焰色反應(yīng)的原理是：灼燒時(shí)，金屬元素吸收能量，電子躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的電子再回落到基態(tài)，即從高能量軌道回落到低能量軌道，對外釋放能量，該能量以一定波長的光的形式對外放出，就產(chǎn)生的焰色反應(yīng)的結(jié)果。

（4）①根據(jù)該金屬元素的電離能數(shù)據(jù)，因?yàn)榈谌�電離能遠(yuǎn)大于第二電離能，說明金屬元素的最外層有2個(gè)電子，元素為短周期元素，所以是Mg（Be只有4個(gè)電子，不存在I5）。

②晶胞中Mg占據(jù)頂點(diǎn)和體心，所以有8× + 1×1=2個(gè)，H原子有4個(gè)在面上，有兩個(gè)在晶胞內(nèi)，所以H有4× + 2×1 = 4個(gè)，得到一個(gè)晶胞有2個(gè)Mg和4個(gè)H，一個(gè)晶胞的質(zhì)量為 g。所以晶胞的體積為 cm3。