Question

20．開發(fā)新型儲氫材料是氫能利用的重要研究方向．
（1）Ti（BH₄）₃是一種儲氫材料，可由TiCl₄和LiBH₄反應(yīng)制得．
①Ti的基態(tài)原子外圍電子排布式為3d²4s²．
②LiBH₄由Li⁺和BH₄^-構(gòu)成，BH4^-的空間構(gòu)型是正四面體，BH₄^-中B原子的雜化類型為sp³，LiBH₄中不存在的作用力有c （填代號）．
a．離子鍵    b．共價鍵    c．金屬鍵    d．配位鍵
③Li、B、H元素的電負(fù)性由大到小排列順序為H＞B＞Li．
（2）MgH₂也是一種儲氫材料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示．已知該晶胞的體積為V cm³，則該晶體的密度為$\frac{52}{V×{N}_{A}}$g•cm^-3[用V、N_A表示（N_A為阿伏加德羅常數(shù)的值）]．MgH₂要密封保存，遇水會緩慢反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgH₂+2H₂O=Mg（OH）₂+2H₂↑．
（3）一種具有儲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)入到由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，該晶體儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF₂的結(jié)構(gòu)相似，該晶體儲氫后的化學(xué)式為Cu₃ AuH₈．

Answer 1

分析 （1）①Ti為22號元素，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²；
②計算B原子孤電子對數(shù)、價層電子對確定空間構(gòu)型與B原子雜化方式；LiBH₄中，Li⁺和BH₄^-形成離子鍵，BH₄^-中B原子與H原子之間形成4個共價鍵，由于B原子最外層有3個電子，故還有1個配位鍵；
③BH₄^-中H表現(xiàn)-1價，H元素對鍵合電子吸引力更大，同周期自左而右電負(fù)性增大；
（2）根據(jù)均攤法計算晶胞中H、Mg原子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶體密度；
MgH₂遇水會緩慢反應(yīng)，實(shí)質(zhì)屬于水解反應(yīng)，生成氫氧化鎂與氫氣；
（3）根據(jù)均攤法計算晶胞中Cu、Au原子數(shù)目，氫原子可進(jìn)入到Cu原子與Au原子構(gòu)成的四面體空隙中，H原子應(yīng)位于晶胞內(nèi)部，若將Cu原子與Au原子等同看待，該晶體儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF₂的結(jié)構(gòu)相似，CaF₂晶胞中含有4個Ca²⁺和8個F^-），氫原子相當(dāng)于晶胞中的F離子，則晶胞中Cu、Au原子總數(shù)與H原子數(shù)目之比為1：2，可以計算晶胞中H原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式．

解答 解：（1）①Ti為22號元素，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，外圍電子排布式為：3d²4s²，
故答案為：3d²4s²；
②BH₄^-中B原子價層電子數(shù)=4+$\frac{3+1-1×4}{2}$=4，且不含孤電子對，為正四面體結(jié)構(gòu)，B原子采取sp³雜化，
LiBH₄中，Li⁺和BH₄^-形成離子鍵，BH₄^-中B原子與H原子之間形成4個共價鍵，由于B原子最外層有3個電子，故還有1個配位鍵，不含金屬鍵，
故答案為：正四面體；sp³；c；
③BH₄^-中H表現(xiàn)-1價，H元素對鍵合電子吸引力更大，同周期自左而右電負(fù)性增大，故電負(fù)性：H＞B＞Li，
故答案為：H＞B＞Li；
（2）該晶胞中鎂原子個數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，氫原子個數(shù)=4×$\frac{1}{2}$+2=4，晶胞質(zhì)量為$\frac{24×2+4}{{N}_{A}}$g，晶胞的體積為V cm³，則該晶體的密度為$\frac{24×2+4}{{N}_{A}}$g÷V cm³=$\frac{52}{V×{N}_{A}}$g•cm^-3，
MgH₂遇水會緩慢反應(yīng)，實(shí)質(zhì)屬于水解反應(yīng)，生成氫氧化鎂與氫氣，反應(yīng)方程式為：MgH₂+2H₂O=Mg（OH）₂+2H₂↑，
故答案為：$\frac{52}{V×{N}_{A}}$；MgH₂+2H₂O=Mg（OH）₂+2H₂↑；
（3）該晶胞中Au原子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=1、Cu原子個數(shù)=6×$\frac{1}{2}$=3，氫原子可進(jìn)入到Cu原子與Au原子構(gòu)成的四面體空隙中，H原子應(yīng)位于晶胞內(nèi)部，若將Cu原子與Au原子等同看待，該晶體儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF₂的結(jié)構(gòu)相似，CaF₂晶胞中含有4個Ca²⁺和8個F^-，氫原子相當(dāng)于晶胞中的F離子，則晶胞中Cu、Au原子總數(shù)與H原子數(shù)目之比為1：2，所以該晶胞中應(yīng)含有8個H，該晶體儲氫后的化學(xué)式為Cu₃ AuH₈，
故答案為：Cu₃ AuH₈．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式與空間結(jié)構(gòu)判斷、電負(fù)性、晶胞計算等，（1）注意根據(jù)BH₄^-電荷判斷元素表現(xiàn)的化合價，進(jìn)而判斷H、B的電負(fù)性，注意識記中學(xué)常見晶胞結(jié)構(gòu)．