Question

13．氫能的存儲是氫能應用的主要瓶頸，開發新型儲氫材料是氫能利用的重要研究方向．
（1）Ti（BH₄）₂是一種過渡元素硼氫化物儲氫材料．
①基態Ti²⁺中含有的電子數為20，電子占據的最高能級是3d，該能級具有的原子軌道數為5．
②${BH}_{4}^{-}$中B原子的雜化方式是sp³．
（2）金屬氫化物是具有良好發展前景的儲氫材料．
①LiH中，離子半徑：Li⁺＜H^-（填“＞”、“=”或“＜”）．
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

該氫化物的化學式為MgH₂．
（3）液氨是富氫物質，是氫能的理想載體．
①NH₃的相對分子質量小于PH₃，但NH₃的沸點卻遠高于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反應形成新的化合物，該化合物的結構式為．
（4）2008年，Yoon等人發現Ca與C₆₀（分子結構如圖1）生成的Ca₃₂C₆₀能大量吸附H₂分子．
①C₆₀晶體易溶于苯、CS₂，C₆₀是非極性分子（填“極性”或“非極性”）．
②1mol　C₆₀分子中，含有σ 鍵數目為90N_A個（阿伏伽德羅常數用NA表示）．
（5）某金屬氫化物儲氫材料的晶胞結構如圖2所示，該金屬氫化物的化學式為H₂R，已知該晶體的密度為ag•cm^-3，金屬元素R的相對原子質量為M，阿伏伽德羅常數為NA，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，電子占據的最高能級是3d能級，該能級具有的原子軌道數為5；
②BH₄^-中B原子價層電子對個數是4且不含孤對電子對，根據價層電子對互斥理論判斷B原子的雜化方式；
（2）①電子層結構相同的離子，離子半徑隨著原子序數增大而減小；
②根據表中數據知，M原子核外有2個電子，位于第IIA族，在化合物中呈現+2價，H為-1價，根據化合價判斷化學鍵；
（3）①結構相似的氫化物，含有氫鍵的物質熔沸點較高；
②NH₃容易和分子中有空軌道的BF₃反應形成新的化合物，N原子和B原子之間存在配位鍵；
（4）①非極性分子的溶質極易溶于非極性分子的溶劑；
②根據圖知，每個C原子含有σ 鍵個數=$\frac{1}{2}×3$=1.5；
（5）該晶胞中H原子個數=2+4×$\frac{1}{2}$=4，R原子個數=1+8×$\frac{1}{8}$=2，H、R原子個數之比=4：2=2：1；該晶胞體積=$\frac{\frac{M+2}{{N}_{A}}×2}{ρ}$．

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Ti²⁺中含有的電子數為20；該離子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d電子，電子占據的最高能級是3d能級，該能級具有的原子軌道數為5；
故答案為：20；3d；5；
②BH₄^-中B原子價層電子對個數是4且不含孤對電子對，根據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電子層結構相同的離子，離子半徑隨著原子序數增大而減小，所以離子半徑：Li⁺＜H^-，
故答案為：＜；
②根據表中數據知，M原子核外有2個電子，位于第IIA族，在化合物中呈現+2價，為Mg元素，H為-1價，該化合物化學鍵為MgH₂，
故答案為：MgH₂；
（3）①結構相似的氫化物，含有氫鍵的物質熔沸點較高，氨氣分子和膦分子結構相似，但氨氣中含有氫鍵，導致熔沸點升高，
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反應形成新的化合物，N原子和B原子之間存在配位鍵，其結構式為，
故答案為：；
（4）①非極性分子的溶質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根據圖知，每個C原子含有σ 鍵個數=$\frac{1}{2}×3$=1.5，1mol該物質中σ 鍵個數=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=2+4×$\frac{1}{2}$=4，R原子個數=1+8×$\frac{1}{8}$=2，H、R原子個數之比=4：2=2：1，所以其化學式為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；$\frac{2M+4}{a{N}_{A}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，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，這些都是高頻考點，難點是晶胞計算、價層電子對互斥理論，題目難度中等．