Question

19．氢能是一种洁净的可再生能源，制备和储存氢气是氢能开发的两个关键环节．
Ⅰ．氢气的制取
（1）水是制取氢气的常见原料，下列说法正确的是AB（填序号）．
A．H₃O⁺的空间构型为三角锥形
B．水的沸点比硫化氢高
C．冰晶体中，1mol水分子可形成4mol氢键
（2）科研人员研究出以钛酸锶为电极的光化学电池，用紫外线照射钛酸锶电极，使水分解产生氢气．已知钛酸锶晶胞结构如图，则其化学式为SrTiO₃．
Ⅱ．氢气的存储
（3）Ti（BH₄）₂是一种储氢材料．
①Ti原子在基态时的核外电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²或[Ar]3d²4s²．
②Ti（BH₄）₂可由TiCl₄和LiBH₄反应制得，TiCl₄ 熔点-25.0℃，沸点136.94℃，常温下是无色液体，则TiCl₄晶体类型为分子晶体．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）A．水合氢离子中氧原子含有3个δ键和1个孤电子对，所以其采用sp³杂化，空间构型为三角锥形；
B．O的电负性较大，对应的氢化物可形成氢键，沸点较高；
C．在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，利用均摊法计算；
（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；
Ⅱ．（3）①处于最低能量的原子叫做基态原子，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，Ti元素为22号元素，原子核外有22个电子，根据核外电子排布规律书写；
②TiCl₄在通常情况下是无色液体，熔点为-37℃，沸点为136.94℃，根据其物理性质来判断晶体类型．

解答 解：I．（1）A．水合氢离子中，价层电子对数=3+$\frac{1}{2}$（6-1-3×1）=4，且含有一个孤电子对，所以其空间构型是三角锥型，故A正确；
B．氢键广泛存在于非金属性较强的元素F、O、N等元素形成的含氢化合物中，水分子间存在氢键，所以其沸点比硫化氢高，故B正确；
C．在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，每1个水分子平均形成2个氢键，故C错误；
故答案为：AB；
（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；
Ⅱ．（3）①Ti的原子序数为22，位于第四周期第Ⅳ_B族，最后填充d电子，电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²或[Ar]3d²4s²；
②TiCl₄在通常情况下是无色液体，熔点为-37℃，沸点为136.94℃，由此可判断 TiCl₄是由共价键结合的分子，晶体类型属于分子晶体，
故答案为：分子晶体．

点评 本题考查较为综合，涉及分子的立体构型、晶胞结构、原子在基态时的核外电子排布、氢键等知识点，题目难度中等，为高频考点．