【題目】開發(fā)新型儲氫材料是氫能源利用的重要研究方向之一。請回答以下問題:

(1)Ti(BH4)3是一種儲氫材料,可由TiCl4和LiBH4反應制得。

①基態(tài)Ti3+的電子排布式為____________________;LiBH4中Li、B、H元素的電負性由大到小的排列順序為_________________

②另有一種含鈦元素的新型材料,其理論結(jié)構(gòu)模型如圖所示,圖中虛線框內(nèi)碳原子的雜化軌道類型為____________。

(2)氨硼烷(NH3BH3)是優(yōu)良的儲氫材料,少量氨硼烷可以由硼烷(B2H6)和NH3合成。

①NH3BH3中是否存在配位鍵__________(填“是”或“否”);與NH3BH3互為等電子體的分子的化學式為__________。

②B、C、N與O元素的第一電離能由大到小的順序為___________________。

③氨硼烷在高溫下釋放氫后生成的立方氮化硼晶體,具有類似金剛石的結(jié)構(gòu),硬度略小于金剛石。則立方氮化硼晶體可用作___________(選填下列字母序號)。

a.切削工具 b.鉆探鉆頭 c.導電材料 d.耐磨材料

(3)一種有儲氫功能的銅合金晶體具有面心立方最密堆積的結(jié)構(gòu),晶胞中Cu原子處于面心,Au原子處于頂點位置,氫原子可進入到由Cu原子與Au原子構(gòu)成的四面體空隙中。

①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式為________________

②銅與其它許多金屬及其化合物都可以發(fā)生焰色反應,其原因是_______________。

(4)金屬氫化物也是具有良好發(fā)展前景的儲氫材料。某儲氫材料是短周期金屬元素R的氫化物。R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

①該金屬元素是___________(填元素符號)..

②若氫化物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示(有4個H原子位于面上,其余H原子位于晶胞內(nèi)),已知該晶體的密度為ρg·cm-3,則該晶胞的體積為__________cm3[用含ρ、NA的代數(shù)式表示(其中NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)]。

【答案】 1s22s22p63s23p63d1 H>B>Li sp、sp2、sp3 C2H6 N>O>C>B a b d Cu3AuH8 激發(fā)態(tài)的電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時,以一定波長的光的形式釋放能量 Mg

【解析】(1)①Ti是第22號元素,原子的核外電子排布為1s22s22p63s23p63d24s2,轉(zhuǎn)化為Ti3+應該失去3個電子,離子的電子排布為1s22s22p63s23p63d1。Li為金屬一定是電負性較小,H是非金屬中電負性較小的元素,所以電負性順序為:H>B>Li。

②虛線框中碳原子有形成單鍵(連接四個碳原子)、雙鍵(連接三個碳原子)和三鍵(連接兩個碳原子)的三種不同形態(tài),所以雜化類型分別為sp3雜化、sp2雜化和sp雜化?梢詤⒖枷聢D:

(2)①NH3中的N原子存在孤電子對,BH3中的B原子有空軌道,所以存在如下的配位鍵:H3N→BH3。NH3BH3C2H6原子數(shù)相等價電子數(shù)也相同,所以是等電子體。

②同周期元素的第一電離能應該是從左向右依次增大,但是Np能級上有3個電子,是半滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),所以N的第一電離能較大,得到第一電離能的順序為:N>O>C>B。

立方氮化硼晶體具有很高的硬度(只是略小于金剛石),所以其可以用作切削工具、鉆探探頭、耐磨材料等,但是和金剛石一樣,該晶體應該不導電,所以不能用作導電材料。答案為abd。

(3)①氟化鈣的晶胞結(jié)構(gòu)為,白球為Ca2+占據(jù)晶胞的頂點和面心,黑球為F-占據(jù)晶胞的8個四面體空隙。所以儲氫晶體的晶胞中Au位于晶胞的8個頂點為 = 1;Cu位于晶胞的6個面心為 = 3;H占據(jù)晶胞內(nèi)部的8個四面體空隙,所以有8個,晶體化學式為Cu3AuH8。

②金屬元素發(fā)生焰色反應的原理是:灼燒時,金屬元素吸收能量,電子躍遷到激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)的電子再回落到基態(tài),即從高能量軌道回落到低能量軌道,對外釋放能量,該能量以一定波長的光的形式對外放出,就產(chǎn)生的焰色反應的結(jié)果。

(4)①根據(jù)該金屬元素的電離能數(shù)據(jù),因為第三電離能遠大于第二電離能,說明金屬元素的最外層有2個電子,元素為短周期元素,所以是Mg(Be只有4個電子,不存在I5)。

②晶胞中Mg占據(jù)頂點和體心,所以有 + 1×1=2,H原子有4個在面上,有兩個在晶胞內(nèi),所以H + 2×1 = 4,得到一個晶胞有2Mg4H,一個晶胞的質(zhì)量為 g。所以晶胞的體積為 cm3。

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