Question

【題目】氫化鋁鈉（NaAlH4）是一種新型輕質(zhì)儲(chǔ)氫材料，摻入少量Ti的NaAlH4在150℃時(shí)釋氫，在170℃、15.2 MPa條件下又重復(fù)吸氫。NaAlH4可由AlCl3和NaH在適當(dāng)條件下合成。NaAlH4的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。

（1）基態(tài)Ti原子的價(jià)電子排布式為___________。

（2）NaH的熔點(diǎn)為800℃，不溶于有機(jī)溶劑。NaH屬于_____晶體，其電子式為______。

（3）AlCl3在178℃時(shí)升華，其蒸氣的相對(duì)分子質(zhì)量約為267，蒸氣分子的結(jié)構(gòu)式為____（標(biāo)明配位鍵）。

（4）AlH4-中，Al的軌道雜化方式為_____；列舉與AlH4-空間構(gòu)型相同的兩種離子：_____（填化學(xué)式）。

（5）NaAlH4晶體中，與Na+緊鄰且等距的AlH4-有_____個(gè)；NaAlH4晶體的密度為____g/cm3（用含a 的代數(shù)式表示）。

（6）NaAlH4的釋氫機(jī)理為：每3個(gè)AlH4-不中，有2個(gè)分別釋放出3個(gè)H原子和1個(gè)Al原子，同時(shí)與該Al原子最近的Na原子轉(zhuǎn)移到被釋放的Al原子留下的空位，形成新的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)變化由表面層擴(kuò)展到整個(gè)晶體，從而釋放出氫氣。該釋氫過程可用化學(xué)方程式表示為___________。

Answer 1

【答案】 3d24s2 離子 sp3 NH4+或BH4— 8 3NaAlH4=Na3AlH6+2Al+3H2↑

【解析】（1）Ti原子核外電子數(shù)為22，價(jià)電子排布式為3d24s2，價(jià)電子排布圖為；
（2）NaH的熔點(diǎn)為800℃，不溶于有機(jī)溶劑，應(yīng)屬于離子晶體，由鈉離子與氫負(fù)離子構(gòu)成，電子式為；
（3）氯化鋁在178℃時(shí)升華，熔沸點(diǎn)較低，屬于分子晶體，蒸氣的相對(duì)分子質(zhì)量約為267，蒸氣分子的分子式為Al2Cl6，鋁原子最外層電子只有3個(gè)電子，形成3個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)鋁原子和四個(gè)氯原子形成共價(jià)鍵，且其中一個(gè)共用電子對(duì)是氯原子提供形成的配位鍵，結(jié)構(gòu)式如圖；
（4）AlH4-中Al的軌道雜化數(shù)目為4+=4，Al采取sp3雜化，為正四面體構(gòu)型，與AlH4-空間構(gòu)型相同的兩種離子為NH4+、SO42-等；
（5）根據(jù)均攤法可知，晶胞中AlH4-數(shù)目為1+8×+4×=4，Na+數(shù)目為6×+4×=4，則二者配位數(shù)為1：1，以體心的AlH4-研究，與之緊鄰且等距的Na+位于晶胞棱之間、晶胞中上面立方體左右側(cè)面面心、晶胞中下面立方體前后面的面心，與AlH4-緊鄰且等距的Na+有8個(gè)，則與Na+緊鄰且等距的AlH4-有8個(gè)；
晶胞質(zhì)量為4×g，晶胞密度為4×g÷[（a×10-7 cm）2×2a×10-7 cm]== gcm-3，若NaAlH4晶胞底心處的Na+被Li+取代，可知晶胞中Li+為1，Na+數(shù)目為3，而晶胞中AlH4-數(shù)目不變，可得化學(xué)式Na3Li[AlH4]4；
（6）NaAlH4的釋氫機(jī)理為：每3個(gè)AlH4-中，有2個(gè)分別釋放出3個(gè)H原子和1個(gè)Al原子，同時(shí)與該Al原子最近鄰的Na原子轉(zhuǎn)移到被釋放的Al原子留下的空位，根據(jù)原子守恒可知：3NaAlH4→Na3AlH6+2Al+3H2，反應(yīng)方程式為：3NaAlH4=Na3AlH6+2Al+3H2↑。