Question

20．氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗?br />（1）水制取H₂的常見原料，下列有關(guān)水的說法正確的是b
a．水分子是一種極性分子，水分子空間結(jié)構(gòu)呈直線型
b．H₂O分子中有2個(gè)由s軌道與sp³雜化軌道形成的σ鍵
c．水分子間通過H-O鍵形成冰晶體
d．冰晶胞中水分子的空間排列方式與干冰晶胞類似
（2）氫氣的安全貯存和運(yùn)輸是氫能應(yīng)用的關(guān)鍵．
①最近尼赫魯先進(jìn)科學(xué)研究中心借助ADF軟件對(duì)一種新型環(huán)烯類儲(chǔ)氫材料（C₁₆S₈）進(jìn)行研究，從理論角度證明這種分子中的原子都處于同一平面上（如圖1所示），每個(gè)平面上下兩側(cè)最多可存10個(gè)H₂分子．分子中C原子的雜化軌道類型為sp²，C₁₆S₈中碳硫鍵鍵長(zhǎng)介于C-S與C=S之間，原因可能是分子中的C與S原子之間有π鍵或分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)，C₁₆S₈與H₂微粒間的作用力是范德華力
②氨硼烷化合物（NH₃BH₃）是最近密切關(guān)注的一種新型化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫材料．請(qǐng)畫出含有配位鍵（．用“→”表示）的氨硼烷的結(jié)構(gòu)式；與氨硼烷互為等電子體的有機(jī)小分子是CH₃CH₃（寫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）．
③一種具有儲(chǔ)氫功能的銅合金晶體具有立方最密堆積的結(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)人到由Cu原子與Au原子構(gòu)成的四面體空隙中．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Cu₃AuH₈．
④MgH₂是金屬氫化物儲(chǔ)氫材料，其晶胞如圖2所示，已知該晶體的密度ag?cm^-3，則晶胞的體積為$\frac{52}{a•{N}_{A}}$cm³〔用含a，、N_A的代數(shù)式表示，N_A表示阿伏伽德羅常數(shù)〕．

Answer 1

分析 （1）a．H₂O中H、O元素形成的極性鍵，分子空間結(jié)構(gòu)呈V型，正負(fù)電荷中心不重合，屬于極性分子；
b．H₂O分子中2個(gè)氫原子的2個(gè)由s軌道與氧原子的sp³雜化軌道形成σ鍵；
c．水分子之間是通過氫鍵作用形成冰晶體；
d．冰晶胞：，干冰晶胞：；
（2）①對(duì)于有機(jī)物利用雜化軌道數(shù)=孤對(duì)電子對(duì)數(shù)+σ鍵數(shù)進(jìn)行判斷，當(dāng)n=2，sp雜化，n=3，sp²雜化，n=4，sp³雜化；分子中的C與S原子之間有π鍵或分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)；分子與分子間的作用力為分子間作用力；
②根據(jù)氮原子提供一對(duì)共用電子對(duì)給硼原子形成配位鍵；根據(jù)等電子體具有相同的電子數(shù)目和原子數(shù)目來分析；
③CaF₂的結(jié)構(gòu)如圖，利用均攤法計(jì)算；
④先根據(jù)均攤法確定該晶胞中含有的各種原子個(gè)數(shù)，從而得出其質(zhì)量，再根據(jù)V=$\frac{m}{ρ}$計(jì)算其體積．

解答 解：（1）a．H₂O分子空間結(jié)構(gòu)呈V型，正負(fù)電荷中心不重合，屬于極性分子，故a錯(cuò)誤；
b．H₂O分子中2個(gè)氫原子的2個(gè)由s軌道與氧原子的sp³雜化軌道形成σ鍵，故b正確；
c．水形成冰晶體是通過氫鍵作用的，不是H-O鍵，故c錯(cuò)誤；
d．冰晶胞：，干冰晶胞：，即冰晶胞中水分子的空間排列方式與干冰胞不同，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b；
（2）①根據(jù)圖2結(jié)構(gòu)可知：碳原子形成2個(gè)C-S，1個(gè)C=S二鍵，C原子雜化軌道數(shù)為（2+1）=3，C原子采取sp²雜化方式；
分子中的C與S原子之間有π鍵或分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)，可導(dǎo)致C₁₆S₈中碳硫鍵鍵長(zhǎng)介于C-S與C=S之間；
分子之間存在范德華力，C₁₆S₈與H₂微粒間的作用力是范德華力，
故答案為：sp²；分子中的C與S原子之間有π鍵或分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)；范德華力；
②氮原子提供一對(duì)共用電子對(duì)給硼原子形成配位鍵，氨硼烷的結(jié)構(gòu)式為，等電子體具有相同的電子數(shù)目和原子數(shù)目，與氨硼烷互為等電子體的有機(jī)小分子是CH₃CH₃，
故答案為：；CH₃CH₃；
③CaF₂的結(jié)構(gòu)如圖，根據(jù)題意知，該晶胞中銅原子個(gè)數(shù)=6×$\frac{1}{2}$=3，金原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=1，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，則H原子應(yīng)位于晶胞內(nèi)部，氫原子相當(dāng)于該晶胞中的F離子，所以該晶胞中應(yīng)含有8個(gè)H，所以其化學(xué)式為Cu₃AuH₈，
故答案為：Cu₃AuH₈；
④該晶胞中鎂原子個(gè)數(shù)=$\frac{1}{8}$×8+1=2，氫原子個(gè)數(shù)=4×$\frac{1}{2}$+2=4，V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}（24×2+1×4）}{ρ}$cm³=$\frac{52}{a•{N}_{A}}$ cm³，
故答案為：$\frac{52}{a•{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及雜化方式的判斷、空間構(gòu)型的判斷、晶胞的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是晶胞的計(jì)算，靈活運(yùn)用公式是解本題關(guān)鍵，難度中等．