Question

13．氢能被视作连接化石能源和可再生能源的重要桥梁．
（1）水是制取H₂的常见原料，下列有关水的说法正确的是abc．
a．水分子是极性分子
b．H₂O分子中有2个由s轨道与sp³杂化轨道形成的σ键
c．水分子空间结构呈V形
d．CuSO₄•5H₂O晶体中所有水分子都是配体
（2）氢的规模化制备是氢能应用的基础．
在光化学电池中，以紫外线照射钛酸锶电极时，可分解水制取H₂同时获得O₂．已知钛酸锶晶胞结构如图所示，则钛酸锶的化学式为SrTiO₃．
（3）氢的规模化储运是氢能应用的关键．
①准晶体Ti₃₈Zr₄₅Ni₁₇的储氢量较高，是一种非常有前途的储氢材料．该材料中，镍原子在基态时核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²．
②氨硼烷化合物（NH₃BH₃）是最近被密切关注的一种新型储氢材料．请画出含有配位键（用“→”表示）的氨硼烷的结构式；与氨硼烷互为等电子体的有机化合物是CH₃CH₃（写结构简式）．
③甲酸盐/碳酸盐可用于常温储氢，其原理是甲酸盐在钌催化下会释放出氢气，产生的CO₂被碳酸盐捕捉转变为碳酸氢盐，碳酸氢盐又能催化转化为甲酸盐．已知HCO${\;}_{3}^{-}$在水溶液中可通过氢键成为二聚体（八元环结构），试画出二聚体的结构式．

Answer 1

分析 （1）a．H₂O中H、O元素形成的极性键，但结构不对称，属于极性分子；
b．H₂O分子中2个氢原子的2个由s轨道与氧原子的sp³杂化轨道形成σ键；
c．水分子空间结构呈V型
d．CuSO₄•5H₂O加热到113℃时，只失去4分子水．只有加热到258℃以上，才能脱去最后一分子水．由此可见，4个水分子是作为配体配位在铜离子上的．
（2）利用均摊法计算该晶胞中含有的原子个数，从而确定其化学式；
（3）①基态电子排布遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则，以此解答该题；
②根据氮原子提供一对共用电子对给硼原子形成配位键；根据等电子体具有相同的电子数目和原子数目来分析；
③根据碳酸氢根离子的结构以及氧原子的电负性大，能与氢原子形成氢键．

解答 解：（1）a．H₂O中H、O元素形成的极性键，但结构不对称，属于极性分子，故a正确；
b．H₂O分子中2个氢原子的2个由s轨道与氧原子的sp³杂化轨道形成σ键，故b正确；
c．水分子空间结构呈V型，故c正确；
d．CuSO₄•5H₂O加热到113℃时，只失去4分子水．只有加热到258℃以上，才能脱去最后一分子水．由此可见，4个水分子是作为配体配位在铜离子上的，故d错误；
故选：abc；
（2）该晶胞中Ti原子个数为1，O原子个数6×$\frac{1}{2}$=3，Sr原子的个数为8×$\frac{1}{8}$=1，所以化学式为SrTiO₃，故答案为：SrTiO₃；
（3）①镍是28号元素，核外有28个电子，基态Ni原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²；
②氮原子提供一对共用电子对给硼原子形成配位键，其结构式为，等电子体具有相同的电子数目和原子数目，与氨硼烷互为等电子体的有机小分子是CH₃CH₃，
故答案为：；CH₃CH₃；
③由碳酸氢根离子的结构以及氧原子的电负性大，能与氢原子形成氢键，可得HCO₃^-在水溶液中可通过氢键成为二聚体（八元环结构）为：，
故答案为：．

点评 本题是一道综合题，涉及到的知识点较多，但难度不大，根答题时注意基础知识的灵活运用．