Question

2．儲氫合金是利用金屬或合金與氫形成氫化物而把氫儲存起來．MgH₂，LaNi₅，MmNiMnK（Mm代表混合稀土）等是幾類常見的儲氫材料．近期，最新研究發(fā)現(xiàn)，在鎳的表面覆蓋石墨烯（如圖所示），可以大大增加儲氫材料釋放氫氣的速率．已知：石墨烯是一種有單層碳原子組成的平面結(jié)構(gòu)，具有良好的導電、導熱性．回答下列問題：
（1）Mn的價電子排布式為3d⁵4S²，據(jù)此可判斷Mn元素在元素周期表中處于d區(qū)．
（2）①石墨烯中碳原子的雜化方式為sp²，據(jù)此說明石墨烯具有良好導電性的原因是每個碳原子有一個未參與雜化的p軌道垂直于碳原子平面，所有p軌道相互平行重疊，使p軌道中的電子可以在整個平面內(nèi)運動．
②Si是與C相鄰的同主族元素，據(jù)原子結(jié)構(gòu)分析并預測，Si能否形成類似石墨烯的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)？不能．請說明理由：Si的原子半徑比C大，形成的σ鍵較長，p-p軌道重疊較小，不能形成穩(wěn)定的鍵．
（3）碳與氫能形成乙烷、乙烯、乙炔等多種有機物．巳知，在相同條件下，乙烯，乙炔易與氫氣加成，最終生成乙烷．
①乙烷的二溴代物中無 （填“有”或“無”）手性分子．
②從共價鍵的形成過程說明乙烯比乙烷活潑的原因：乙烯中形成的π鍵不如σ鍵牢固，容易斷裂．
（4）Ni晶體中微粒之間的作用力為金屬鍵．Ni的晶胞棋型與銅、銀、金相同，用Ni的微粒半徑（r_Ni）列出Ni晶體的空間占有率的表達式：$\frac{4×\frac{4}{3}π}{（2\sqrt{2}）^{3}}$×100%．

Answer 1

分析 （1）Mn為25號元素，原子核中有25個質(zhì)子，核外有25個電子，分別位于4個電子層，價電子有7個，其中有5個位于3d軌道上，2個位于4s軌道上，據(jù)此書寫價電子排布式；Mn最后填充3d電子，為d區(qū)元素；
（2）①石墨烯中每個碳原子形成3σ鍵，雜化方式為sp²雜化；據(jù)有自由移動的電子來分析；
②Si的原子半徑比C大，故形成的σ鍵較長，p-p軌道重疊較小，Si故不能形成穩(wěn)定的鍵；
（3）①手性碳原子所連接的四個基團要是不同的；
②據(jù)乙烯中形成的π鍵不如σ鍵牢固，容易斷裂來分析；
（4）據(jù)晶體類型來判斷；計算Ni原子的總體積與晶胞總體積的比值．

解答 解：（1）Mn核外25個電子分別位于1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s軌道，電子排布式為：[Ar]3d⁵4S²，價電子有7個分別位于3d、4S兩個軌道上，價電子排布式為3d⁵4S²；最后填充3d電子，為d區(qū)元素，
故答案為：3d⁵4S²；d；
（2）①石墨烯中每個碳原子形成3σ鍵，雜化方式為sp²雜化；石墨烯具有良好導電性的原因是每個碳原子有一個未參與雜化的p軌道垂直于碳原子平面，所有p軌道相互平行重疊，使p軌道中的電子可以在整個平面內(nèi)運動，
故答案為：sp²；每個碳原子有一個未參與雜化的p軌道垂直于碳原子平面，所有p軌道相互平行重疊，使p軌道中的電子可以在整個平面內(nèi)運動；
②Si的原子半徑比C大，故形成的σ鍵較長，p-p軌道重疊較小，故Si不能形成類似石墨烯的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，
故答案為：不能；Si的原子半徑比C大，形成的σ鍵較長，p-p軌道重疊較小，不能形成穩(wěn)定的鍵；
（3）①手性碳原子所連接的四個基團要是不同的，故乙烷的二溴代物中無手性分子，
故答案為：無；
②乙烯比乙烷活潑的原因是乙烯中形成的π鍵不如σ鍵牢固，容易斷裂，
故答案為：乙烯中形成的π鍵不如σ鍵牢固，容易斷裂；
（4）Ni金屬晶體為，故微粒之間的作用力為金屬鍵；該晶胞為面心立方最密堆積，則晶胞面對角線為金原子半徑的4倍，金原子半徑為r，晶胞的邊長為4r×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$rr，每個Ni晶胞中含有4個原子，則Ni原子總體積為4×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞體積為（2$\sqrt{2}$r）³，故空間利用率為$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%=$\frac{4×\frac{4}{3}π}{（2\sqrt{2}）^{3}}$×100%；
故答案為：金屬鍵；$\frac{4×\frac{4}{3}π}{（2\sqrt{2}）^{3}}$×100%．

點評 本題考查價電子排布式，導電性原理，化學鍵的穩(wěn)定性，手性分子以及空間利用率的計算等，題目難度中等．