Question

5．2015年8月28日，由中國稀土行業(yè)協(xié)會儲氫材料分會主辦的“2015中國稀土儲氫論壇”在山東省棗莊召開，與會代表共同研究解決儲氫合金產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中存在的各類問題，為儲氫材料未來的發(fā)展尋求創(chuàng)新之路．鈦（Ti）、釩（V）、鎳（Ni）、鑭（La）等在儲氫材料方面具有廣泛的用途．下面是一些晶體材料的結(jié)構(gòu)示意圖．

請回答下列問題：
（1）寫出鎳原子的核外電子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²．
（2）鈦金屬晶體的原子堆積方式如圖1所示，則每個鈦原子周圍有12個緊鄰的鈦原子．
（3）鑭系合金是稀土系儲氫合金的典型代表．某合金儲氫后的晶胞如圖2所示，該合金的化學(xué)式為LaNi₅，1mol鑭形成的該合金能儲存3mol氫氣．
（4）嫦娥三號衛(wèi)星上的PTC元件（熱敏電阻）的主要成分--鋇鈦礦晶體結(jié)構(gòu)如圖3所示，該晶體經(jīng)X射線分析鑒定，重復(fù)單位為立方體，邊長為acm．頂點(diǎn)位置被Ti⁴⁺所占據(jù)，體心位置被Ba²⁺所占據(jù)，所有棱心位置被O^2-所占據(jù)．
①該晶體中的O元素與H形成的簡單化合物的中心原子的雜化類型為sp³，其分子空間構(gòu)型為V形．
②寫出該晶體的化學(xué)式：BaTiO₃．
③若該晶體的密度為ρg/cm³，阿伏加德羅常數(shù)的值為N_A，則a=$\root{3}{\frac{233}{ρ{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）Ni原子核外電子數(shù)為28，根據(jù)能量最低原理書寫核外電子排布式；
（2）由鈦晶體的原子堆積方式可知，屬于六方最密堆積；
（3）根據(jù)均攤法計算晶胞中La、Ni原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式；計算晶胞中氫氣分子數(shù)目，結(jié)合晶胞中La與氫氣分子數(shù)目之比計算1mol鑭形成的該合金能儲存氫氣物質(zhì)的量；
（4）①該晶體中的O元素與H形成的簡單化合物為H₂O，O原子形成2個O-H鍵，含有2對孤對電子；
②根據(jù)均攤法計算晶胞中O、Ti、Ba原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式；
③結(jié)合晶胞含有原子數(shù)目計算晶胞質(zhì)量，再根據(jù)V=$\frac{m}{ρ}$計算晶胞體積，晶胞邊長=$\root{3}{{V}_{晶胞}}$．

解答 解：（1）Ni原子核外電子數(shù)為28，根據(jù)能量最低原理，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²；
（2）由鈦晶體的原子堆積方式可知，屬于六方最密堆積，原子配位數(shù)為12，即每個鈦原子周圍有12個緊鄰的鈦原子，
故答案為：12；
（3）算晶胞中La原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1、Ni原子數(shù)目=1+8×$\frac{1}{2}$=5，故合金的化學(xué)式為LaNi₅，晶胞中氫氣分子數(shù)目為2×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{4}$=3，1mol鑭形成的該合金能儲存氫氣物質(zhì)的量為3mol，
故答案為：LaNi₅；3；
（4）①該晶體中的O元素與H形成的簡單化合物為H₂O，O原子形成2個O-H鍵，含有2對孤對電子，氧原子采取sp³雜化，空間構(gòu)型為V形，
故答案為：sp³；V形；
②晶胞中O氧原子數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$=3、Ti原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1、Ba原子數(shù)目1，故化學(xué)式為：BaTiO₃，
故答案為：BaTiO₃；
③晶胞質(zhì)量=$\frac{137+48+16×3}{{N}_{A}}$g，晶體的密度為ρg/cm³，則晶胞邊長=$\root{3}{\frac{\frac{233}{{N}_{A}}g}{ρg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{233}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\root{3}{\frac{233}{ρ{N}_{A}}}$．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式與空間構(gòu)型判斷、晶胞結(jié)構(gòu)與計算等，注意理解金屬晶體的堆積方式，對學(xué)生的空間想象有一定的要求，難度中等．