Question

由烷基鎂熱分解制得鎂的氫化物。實驗測定，該氫化物中氫的質量分數為7.6%，氫的密度為0.101 g cm^??3，鎂和氫的核間距為194.8 pm。已知氫原子的共價半徑為37pm，Mg²⁺ 的離子半徑為72 pm。

⑴ 寫出該氫化物中氫的存在形式，并簡述理由。                  

⑵ 將上述氫化物與金屬鎳在一定條件下用球磨機研磨，可制得化學式為Mg₂NiH₄的化合物。X-射線衍射分析表明，該化合物的立方晶胞的面心和頂點均被鎳原子占據，所有鎂原子的配位數都相等。推斷鎂原子在Mg₂NiH₄晶胞中的位置(寫出推理過程)。      

⑶ 實驗測定，上述Mg₂NiH₄晶體的晶胞參數為646.5 pm，計算該晶體中鎂和鎳的核間距。已知鎂和鎳的原子半徑分別為159.9 pm和124.6 pm。             

⑷ 若以材料中氫的密度與液態(tài)氫密度之比定義儲氫材料的儲氫能力，計算Mg₂NiH₄的儲氫能力（假定氫可全部放出；液氫的密度為0.0708 g·cm^-3）。

Answer 1

⑴H^-

鎂-氫間距離為194.8 pm，Mg²⁺離子半徑為72 pm，則氫的半徑為194.8 pm－72 pm ＝123 pm。此值遠大于氫原子的共價半徑, 這說明H原子以H^?? 離子的形式存在。

⑵Mg原子與Ni原子數之比為2 : 1，故每個晶胞中含8個鎂原子。所有鎂原子的配位數相等，它們只能填入由鎳原子形成的四面體空隙。

鎂原子的位置用下列坐標參數：

1/4, 1/4, 1/4； 1/4, 1/4, 3/4； 3/4, 3/4, 1/4； 3/4, 3/4, 3/4；

1/4, 3/4, 1/4； 1/4, 3/4, 3/4； 3/4, 1/4, 1/4； 3/4, 1/4, 3/4。

⑶鎂鎳間的距離為

 

不能用原子半徑相加計算鎂-鎳間的距離。

⑷儲氫能力＝晶體的密度×氫的質量分數÷液氫密度

 

= 1.40

= 1.4

解析:

⑴鎂-氫間距離為194.8 pm，Mg²⁺離子半徑為72 pm，則氫的半徑為194.8 pm－72 pm ＝123 pm。此值遠大于氫原子的共價半徑, 這說明H原子以H^?? 離子的形式存在。

⑵該晶體中，Ni原子按面心立方方式排列，該結構中原子數∶四面體空隙數∶八面體空隙數＝1∶2∶1，從Ni和Mg的配位數可知，Mg填入四面體空隙中。

⑶直接利用空間中兩點間的距離計算公式，計算（0，0，0）和（1/4，1/4，1/4）兩點間的距離。

⑷本題的核心在于檢查學生晶體密度的計算公式的掌握及熟練程度，將數據帶入公式，求得晶體的密度，乘于氫的質量分數求得儲氫密度，最后與液氫的密度相比，求該材料的儲氫能力。