Question

20．氫能被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源．
（1）水制取H₂的常見原料，下列有關水的說法正確的是b
a．水分子是一種極性分子，水分子空間結構呈直線型
b．H₂O分子中有2個由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輸是氫能應用的關鍵．
①最近尼赫魯先進科學研究中心借助ADF軟件對一種新型環烯類儲氫材料（C₁₆S₈）進行研究，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），每個平面上下兩側最多可存10個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，C₁₆S₈與H₂微粒間的作用力是范德華力
②氨硼烷化合物（NH₃BH₃）是最近密切關注的一種新型化學氫化物儲氫材料．請畫出含有配位鍵（．用“→”表示）的氨硼烷的結構式；與氨硼烷互為等電子體的有機小分子是CH₃CH₃（寫結構簡式）．
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構，晶胞中Cu原子處于面心，Au原子處于頂點位置，氫原子可進人到由Cu原子與Au原子構成的四面體空隙中．若將Cu原子與Au原子等同看待，該晶體儲氫后的晶胞結構與 CaF₂的結構相似，該晶體儲氫后的化學式為Cu₃AuH₈．
④MgH₂是金屬氫化物儲氫材料，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的代數式表示，N_A表示阿伏伽德羅常數〕．

Answer 1

分析 （1）a．H₂O中H、O元素形成的極性鍵，分子空間結構呈V型，正負電荷中心不重合，屬于極性分子；
b．H₂O分子中2個氫原子的2個由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對于有機物利用雜化軌道數=孤對電子對數+σ鍵數進行判斷，當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；分子與分子間的作用力為分子間作用力；
②根據氮原子提供一對共用電子對給硼原子形成配位鍵；根據等電子體具有相同的電子數目和原子數目來分析；
③CaF₂的結構如圖，利用均攤法計算；
④先根據均攤法確定該晶胞中含有的各種原子個數，從而得出其質量，再根據V=$\frac{m}{ρ}$計算其體積．

解答 解：（1）a．H₂O分子空間結構呈V型，正負電荷中心不重合，屬于極性分子，故a錯誤；
b．H₂O分子中2個氫原子的2個由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錯誤；
故答案為：b；
（2）①根據圖2結構可知：碳原子形成2個C-S，1個C=S二鍵，C原子雜化軌道數為（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，可導致C₁₆S₈中碳硫鍵鍵長介于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；范德華力；
②氮原子提供一對共用電子對給硼原子形成配位鍵，氨硼烷的結構式為，等電子體具有相同的電子數目和原子數目，與氨硼烷互為等電子體的有機小分子是CH₃CH₃，
故答案為：；CH₃CH₃；
③CaF₂的結構如圖，根據題意知，該晶胞中銅原子個數=6×$\frac{1}{2}$=3，金原子個數=8×$\frac{1}{8}$=1，氫原子可進入到由Cu原子與Au原子構成的四面體空隙中，則H原子應位于晶胞內部，氫原子相當于該晶胞中的F離子，所以該晶胞中應含有8個H，所以其化學式為Cu₃AuH₈，
故答案為：Cu₃AuH₈；
④該晶胞中鎂原子個數=$\frac{1}{8}$×8+1=2，氫原子個數=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：$\frac{52}{a•{N}_{A}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及雜化方式的判斷、空間構型的判斷、晶胞的計算等知識點，難點是晶胞的計算，靈活運用公式是解本題關鍵，難度中等．