Question

【题目】氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈，开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。

(1)Ti(BH4)2是一种过渡元素硼氢化物储氢材料。

①基态Ti2+中含有的电子数为______，电子占据的最高能级是______，该能级具有的原子轨道数为______。

②BH4-中B原子的杂化方式是______。

(2)金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。

①LiH中，离子半径：Li+______ H-（填“>”、“=”或“<”）。

②某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物，M的部分电离能如下表所示：

I1/kJmol-1	I2/kJmol-1	I3/kJmol-1	I4/kJmol-1	I5/kJmol-1
738	1451	7733	10540	13630

该氢化物的化学式为______。

(3)液氨是富氢物质，是氢能的理想载体。

①NH3的相对分子质量小于PH3，但NH3的沸点却远高于PH3，其原因是 ______。

②NH3容易和分子中有空轨道的BF3反应形成新的化合物，该化合物的结构式为 ______。

(4)2008年，Yoon等人发现Ca与C60(分子结构如图1)生成的Ca32C60能大量吸附H2分子。

①C60晶体易溶于苯、CS2，C60是 ______ 分子（填“极性”或“非极性”）。

②1mol C60分子中，含有σ 键数目为 ______ 个(阿伏加德罗常数用NA表示)。

(5)某金属氢化物储氢材料的晶胞结构如图2所示，该金属氢化物的化学式为 ______，已知该晶体的密度为agcm-3，金属元素R的相对原子质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则该晶胞的体积为 ______ cm3。

Answer 1

【答案】20 3d 5 sp3 ＜ MgH2 氨气分子之间可以形成氢键 非极性 90NA H2R

【解析】

(1)①Ti是22号元素，原子核外有22个电子，Ti原子失去两个电子生成Ti2+，该离子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d电子，电子占据的最高能级是3d能级，该能级具有的原子轨道数为5；

②BH4-中B原子价层电子对个数是4且不含孤对电子对，根据价层电子对互斥理论判断B原子的杂化方式；

(2)①电子层结构相同的离子，离子半径随着原子序数增大而减小；

②根据表中数据知，M原子核外有2个电子，位于第IIA族，在化合物中呈现+2价，H为-1价，根据化合价判断化学键；

(3)①结构相似的氢化物，含有氢键的物质熔沸点较高；

②NH3容易和分子中有空轨道的BF3反应形成新的化合物，N原子和B原子之间存在配位键；

(4)①非极性分子的溶质极易溶于非极性分子的溶剂；

②根据图知，每个C原子含有σ 键个数=×3=1.5；

(5)该晶胞中H原子个数=2+4×=4，R原子个数=1+8×=2，H、R原子个数之比=4：2=2：1；根据密度和摩尔质量计算V=。

(1)①Ti是22号元素，Ti原子核外有22个电子，Ti原子失去两个电子生成Ti2+，基态Ti2+中含有的电子数为20；该离子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d电子，电子占据的最高能级是3d能级，该能级具有的原子轨道数为5；

②BH4-中B原子价层电子对个数是4且不含孤对电子对，根据价层电子对互斥理论知B原子的杂化方式为sp3；

(2)①电子层结构相同的离子，离子半径随着原子序数增大而减小，所以离子半径：Li+<H-；

②根据表中数据知，M原子核外有2个电子，位于第IIA族，在化合物中呈现+2价，为Mg元素，H为-1价，该化合物化学键为MgH2；

(3)①结构相似的氢化物，含有氢键的物质熔沸点较高，氨气分子和磷化氢结构相似，但氨气中含有氢键，导致熔沸点升高；

②NH3容易和分子中有空轨道的BF3反应形成新的化合物，N原子和B原子之间存在配位键，其结构式为；

(4)①非极性分子的溶质极易溶于非极性分子的溶剂，C60晶体易溶于苯、CS2，C60是非极性分子；

②根据图知，每个C原子含有σ键个数=×3=1.5，1mol该物质中σ键个数=1.5×60×1mol×NA/mol=90NA；

(5)该晶胞中H原子个数=2+4×=4，R原子个数=1+8×=2，H、R原子个数之比=4：2=2：1，所以其化学式为H2R，该晶胞体积=cm3=cm3。