Question

【題目】氫能被視為最具發(fā)歸力的清潔能源，開(kāi)發(fā)新型儲(chǔ)氣材料是氫能利用的重要研究方向。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

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

(1)基態(tài)B原子的價(jià)電子排布式為___________，B、C， N， O第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>_________，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(jī)分子為___________(填分子式)。

Ⅱ.氫氣的安全貯存和運(yùn)輸是氫能應(yīng)用的關(guān)鍵。

(1)印度尼赫魯先進(jìn)科學(xué)研宄中心的Datta和Pati等人借助ADF軟件對(duì)一種新 型環(huán)烯類(lèi)儲(chǔ)氫材料(C16S8)進(jìn)行研宄，從理論角度證明這種材料的分子呈平面結(jié)構(gòu)(如圖)，每個(gè)雜環(huán)平面上下兩側(cè)最多可吸附10個(gè)H2分子。

①C16S8分子中C原子和S原子的雜化軌道類(lèi)型分別為___________。

②相關(guān)鍵長(zhǎng)數(shù)據(jù)如表所示：

化學(xué)鍵	C-S	C=S	C16S8中碳硫鍵
鍵長(zhǎng)/pm	181	155	176

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

③C16S8與H2微粒間的作用力是___________。

(2)有儲(chǔ)氫功能的銅合金晶體具有立方最密堆積結(jié)構(gòu)，晶胞中Cu原子位于面心，Ag 原子位于頂點(diǎn)，氫原子可進(jìn)到由Cu原子與Ag原子構(gòu)成的四面體空隙中。該晶體儲(chǔ)氫后的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF2(如圖)相似，該晶體儲(chǔ)氫后的化學(xué)式為___________。

(3)MgH2是金屬氫化物儲(chǔ)氫材料，其晶胞如上圖所示，該晶體的密度為agcm-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 sp2、sp3 C6H6 C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì) 范德華力 Cu3AgH8

【解析】

Ⅰ(1)B的原子序數(shù)為5，根據(jù)電子排布規(guī)律1s22s22p1，價(jià)電子排布為2s22p1。B、C、N、O同周期元素，其第一電離能越來(lái)越大，但是要考慮到半滿(mǎn)狀態(tài)，N的價(jià)電子排布為2s22p3，為半滿(mǎn)，較穩(wěn)定，電離能會(huì)較大，所以排布為N>O>C>B。根據(jù)分子構(gòu)型以及電子對(duì)互斥理論，CO2為直線型分子，鍵角為180°，CH4為正四面體，鍵角為109.5°，H2O中O的孤對(duì)電子會(huì)對(duì)造成O—H鍵擠壓，鍵角會(huì)小于109.5°，所以鍵角的排序?yàn)?/span>CO2>CH4>H2O；答案為2s22p1 N>O>C>B CO2>CH4>H2O；

（2）等電子體，價(jià)電子和原子數(shù)都相等。有機(jī)物中含有C，恰好B和N原子，在價(jià)電子和原子數(shù)上相等于2個(gè)C原子，則等電子體為(C2H2)3，為C6H6，答案為C6H6；

Ⅱ(1) ①每個(gè)C原子周?chē)��?/span>3個(gè)C原子，有3個(gè)σ鍵，1個(gè)π鍵，C原子的雜化類(lèi)型為sp2，每個(gè)S原子周邊有2根鍵，還有2對(duì)孤對(duì)電子，雜化類(lèi)型為sp3，答案為sp2、sp3；

②C16S8中碳硫鍵鍵長(zhǎng)介于C—S鍵與C=S鍵之間，C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)，才能讓鍵長(zhǎng)介于單鍵和雙鍵之間，答案為C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)；

③C16S8與H2均為分子，分子間的作用力為范德華力，答案為范德華力；

(2) 晶胞中Cu原子位于面心，Ag 原子位于頂點(diǎn)，氫原子可進(jìn)到由Cu原子與Ag原子構(gòu)成的四面體空隙中，那圖中空心的圈為儲(chǔ)藏的H原子，計(jì)算晶胞中的原子，Cu原子位于面心，為2個(gè)晶胞所共有，則每個(gè)晶胞中有個(gè)Cu原子。每個(gè)晶胞中Ag 原子位于頂點(diǎn)，為8個(gè)晶胞所共有，有個(gè)Ag原子，空心的圈在晶胞中，為晶胞單獨(dú)擁有，每個(gè)晶胞中8個(gè)H原子，則化學(xué)式為Cu3AgH8。答案為Cu3AgH8；

(3)根據(jù)，根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)晶胞中在中心有1個(gè)Mg，為晶胞單獨(dú)所有， 8個(gè)頂點(diǎn)有8個(gè)Mg原子，為8個(gè)晶胞共有，則一共有個(gè)Mg原子。金屬氫化物儲(chǔ)氫材料的化學(xué)式為MgH2，則每個(gè)晶胞有2個(gè)Mg原子，4個(gè)H原子。，，，答案為。