Question

【题目】氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。

(1)水是制取H2的常见原料，下列有关水的说法正确的是______．

a.水分子是一种极性分子，水分子空间结构呈直线型

b.1个H2O分子中有2个由s轨道与sp3杂化轨道形成的σ键

c.水分子间通过H﹣O键形成冰晶体

d.冰晶胞中水分子的空间排列方式与干冰晶胞类似

(2)氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键。

①最近尼赫鲁先进科学研究中心借助ADF软件对一种新型环烯类储氢材料(C16S8)进行研究，从理论角度证明这种分子中的原子都处于同一平面上(如图1所示)，每个平面上下两侧最多可存10个H2分子．分子中C原子的杂化轨道类型为______，C16S8中σ键与π键之比为______，C16S8与H2微粒间的作用力是______。

②氨硼烷化合物(NH3BH3)是最近密切关注的一种新型化学氢化物储氢材料．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小分子是___(写结构简式)。

③某种具有储氢功能的铜合金晶体具有立方最密堆积的结构，晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，氢原子可进人到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中．若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2(晶胞结构如图)的结构相似，该晶体储氢后Cu：Au：H为______。

④MgH2是金属氢化物储氢材料，其晶胞如图所示，已知该晶体的密度ag·cm-3，则晶胞的体积为______________cm3(用含a、NA的代数式表示，NA表示阿伏伽德罗常数)。

Answer 1

【答案】b sp2 4：1 范德华力 CH3CH3 3：1：8

【解析】

(1)a.H2O中H、O元素形成的极性键，分子空间结构呈V型，正负电荷中心不重合，属于极性分子；

b.H2O分子中2个氢原子的2个s轨道电子与氧原子的sp3杂化轨道的电子形成σ键；

c.水分子之间是通过氢键作用形成冰晶体；

d.根据冰晶胞与干冰晶胞的结构分析；

(2)①对于有机物利用杂化轨道数=孤对电子对数+σ键数进行判断，当n=2，sp杂化，n=3，sp2杂化，n=4，sp3杂化；结合物质的分子结合判断σ键、π键数目，可得到二者的比值；分子与分子间的作用力为分子间作用力；

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结合CaF2的结构图示，利用均摊法计算；

④先根据均摊法确定该晶胞中含有的各种原子个数，从而得出其质量，再根据V= 计算其体积。

(1)a.H2O分子空间结构呈V型，正负电荷中心不重合，属于极性分子，a错误；

b.H2O分子中2个氢原子的2个s轨道电子与氧原子的sp3杂化轨道形成σ键，b正确；

c.水形成冰晶体是通过氢键作用的，不是H-O键，c错误；

d.冰晶胞中水分子的空间排列方式与干冰晶胞中CO2的排列方式不同，d错误；

故合理选项是b；

(2)①根据图2结构可知：碳原子形成2个C-S，1个C=S二键，C原子杂化轨道数为2+1=3，C原子采取sp2杂化方式；

在C16S8中σ键数目为32，π键数目为8，所以C16S8中σ键与π键之比为32：8=4：1。C16S8分子与H2分子之间作用力是分子间作用力，分子间作用力也叫范德华力；

②氮原子提供一对共用电子对给硼原子形成配位键，氨硼烷的结构式为，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；

③根据CaF2的结构图，结合题意可知，该晶胞中铜原子个数=6×=3，金原子个数=8×=1，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中，则H原子应位于晶胞内部，氢原子相当于该晶胞中的F离子，所以该晶胞中应含有8个H，所以其化学式为Cu3AuH8，则该晶体储氢后Cu：Au：H为3：1：8；

④该晶胞中镁原子个数=8×+1=2，氢原子个数=4×+2=4，即含有2个MgH2，体积V== cm3。