Question

【題目】氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉�，開發(fā)新型儲氫材料是氫能利用的重要研究方向。

Ⅰ.化合物A(H3BNH3)是一種潛在的儲氫材料，可由六元環(huán)狀物質(HB=NH)3通過如下反應制得：3CH4+2(HB=NH)3+6H2O=3CO2+6H3BNH3

請回答下列問題：

（1）基態(tài)B原子的價電子排布式為___，B、C、N、O第一電離能由大到小的順序為___，CH4、H2O、CO2的鍵角按照由大到小的順序排列為___。

（2）與(HB=NH)3互為等電子體的有機分子為___(填分子式)。

Ⅱ.氫氣的安全貯存和運輸是氫能應用的關鍵。

（1）印度尼赫魯先進科學研究中心的Datta和Pati等人借助ADF軟件對一種新型環(huán)烯類儲氫材料(C16S8)進行研究，從理論角度證明這種材料的分子呈平面結構(如圖1)，每個雜環(huán)平面上下兩側最多可吸附10個H2分子。

①C16S8分子中C原子和S原子的雜化軌道類型分別為___。

②相關鍵長數(shù)據(jù)如表所示：

化學鍵	C—S	C=S	C16S8中碳硫鍵
鍵長/pm	181	155	176

從表中數(shù)據(jù)可以看出，C16S8中碳硫鍵鍵長介于C—S鍵與C=S鍵之間，原因可能是___。

③C16S8與H2微粒間的作用力是___。

（2）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原子位于面心，Ag原子位于頂點，氫原子可進入到由Cu原子與Ag原子構成的四面體空隙中。若將Cu原子與Ag原子等同看待，該晶體儲氫后的晶胞結構與CaF2(晶胞結構如圖2)相似，該晶體儲氫后的化學式為___。

（3）MgH2是金屬氫化物儲氫材料，其晶胞如圖3所示，已知該晶體的密度為ag·cm-3，則晶胞的體積為___cm3(用含a、NA的代數(shù)式表示，NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。

Answer 1

【答案】2s22p1 N>O>C>B CO2>CH4>H2O C6H6 sp2、sp3 C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質 范德華力 Cu3AgH8

【解析】

Ⅰ. (1) 基態(tài)B原子的價電子為其2s、2p能級上的電子，根據(jù)構造原理書寫該原子價電子排布式；同一周期元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但是第IIA族、第V A族第一電離能大于其相鄰元素；CH4、H2O、CO2的空間構型分別是正四面體、V形、直線形，排斥力：孤電子對之間的排斥力>孤電子對和成鍵電子對之間的排斥力>成鍵電子對之間的排斥力；

(2)與(HB=NH) 3互為等電子體分子中含有12個原子、價電子數(shù)是30；

II. (1) ①C16S8分子中C原子和S原子的價層電子對個數(shù)分別是3、4，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷原子雜化類型；

②C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質；

③分子之間存在分子間作用力；

(2) 銅原子數(shù)＝6×＝3，銀原子數(shù)＝8×＝1，H原子個數(shù)為8；

(3) 該晶胞中Mg原子數(shù)＝8×＋1＝2，H原子數(shù)＝2＋4×＝4，則該晶胞中含2個MgH2，晶胞體積=。

Ⅰ(1).基態(tài)B原子的價電子排布式為2s22p1；一般情況下，同周期主族元素從左到右元素的第一電離能呈增大趨勢，但是由于N原子的2p軌道上的電子處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，所以其第一電離能比O原子的大，因此，元素第一電離能由大到小的順序為N>O>C>B；CH4是正四面體形分子，鍵角為109°28′，H2O是V形分子，鍵角為105°，CO2是直線形分子，鍵角為180°，因此三者鍵角按照由大到小的順序排列為CO2>CH4>H2O；故答案為：2s22p1；N>O>C>B；CO2>CH4>H2O；

(2).與(HB=NH)3互為等電子體的有機分子為C6H6，故答案為C6H6；

Ⅱ(1).①根據(jù)圖1可知，C原子采取sp2雜化，S原子采取sp3雜化，故答案為：sp2、sp3；

②C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質，從而導致C16S8中碳硫鍵鍵長介于C—S鍵與C===S鍵之間；故答案為：C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質；

③C16S8與H2微粒間的作用力為范德華力，故答案為：范德華力；

(2).根據(jù)題意知，該晶胞中銅原子數(shù)＝6×＝3，銀原子數(shù)＝8×＝1，氫原子可進入到由Cu原子與Ag原子構成的四面體空隙中，則H原子位于該晶胞內部，儲氫后該晶胞中含有8個H，則該晶體儲氫后的化學式為Cu3AgH8，故答案為：Cu3AgH8；

(3).該晶胞中Mg原子數(shù)＝8×＋1＝2，H原子數(shù)＝2＋4×＝4，則該晶胞中含2個MgH2，該晶胞的體積V＝cm3；故答案為：。