Question

20．氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源．
（1）水制取H₂的常见原料，下列有关水的说法正确的是b
a．水分子是一种极性分子，水分子空间结构呈直线型
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sp²，C₁₆S₈中碳硫键键长介于C-S与C=S之间，原因可能是分子中的C与S原子之间有π键或分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质，C₁₆S₈与H₂微粒间的作用力是范德华力
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CH₃CH₃（写结构简式）．
③一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的结构相似，该晶体储氢后的化学式为Cu₃AuH₈．
④MgH₂是金属氢化物储氢材料，其晶胞如图2所示，已知该晶体的密度ag?cm^-3，则晶胞的体积为$\frac{52}{a•{N}_{A}}$cm³〔用含a，、N_A的代数式表示，N_A表示阿伏伽德罗常数〕．

Answer 1

分析 （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个由s轨道与氧原子的sp³杂化轨道形成σ键；
c．水分子之间是通过氢键作用形成冰晶体；
d．冰晶胞：，干冰晶胞：；
（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；分子中的C与S原子之间有π键或分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质；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；
③CaF₂的结构如图，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=$\frac{m}{ρ}$计算其体积．

解答 解：（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，故a错误；
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．水形成冰晶体是通过氢键作用的，不是H-O键，故c错误；
d．冰晶胞：，干冰晶胞：，即冰晶胞中水分子的空间排列方式与干冰胞不同，故d错误；
故答案为：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；
分子中的C与S原子之间有π键或分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质，可导致C₁₆S₈中碳硫键键长介于C-S与C=S之间；
分子之间存在范德华力，C₁₆S₈与H₂微粒间的作用力是范德华力，
故答案为：sp²；分子中的C与S原子之间有π键或分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质；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，
故答案为：；CH₃CH₃；
③CaF₂的结构如图，根据题意知，该晶胞中铜原子个数=6×$\frac{1}{2}$=3，金原子个数=8×$\frac{1}{8}$=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，
故答案为：Cu₃AuH₈；
④该晶胞中镁原子个数=$\frac{1}{8}$×8+1=2，氢原子个数=4×$\frac{1}{2}$+2=4，V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}（24×2+1×4）}{ρ}$cm³=$\frac{52}{a•{N}_{A}}$ cm³，
故答案为：$\frac{52}{a•{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及杂化方式的判断、空间构型的判断、晶胞的计算等知识点，难点是晶胞的计算，灵活运用公式是解本题关键，难度中等．