Question

20．开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向．
（1）Ti（BH₄）₃是一种储氢材料，可由TiCl₄和LiBH₄反应制得．
①Ti的基态原子外围电子排布式为3d²4s²．
②LiBH₄由Li⁺和BH₄^-构成，BH4^-的空间构型是正四面体，BH₄^-中B原子的杂化类型为sp³，LiBH₄中不存在的作用力有c （填代号）．
a．离子键    b．共价键    c．金属键    d．配位键
③Li、B、H元素的电负性由大到小排列顺序为H＞B＞Li．
（2）MgH₂也是一种储氢材料，其晶胞结构如图所示．已知该晶胞的体积为V cm³，则该晶体的密度为$\frac{52}{V×{N}_{A}}$g•cm^-3[用V、N_A表示（N_A为阿伏加德罗常数的值）]．MgH₂要密封保存，遇水会缓慢反应，反应的化学方程式为MgH₂+2H₂O=Mg（OH）₂+2H₂↑．
（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，氢原子可进入到由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Cu₃ AuH₈．

Answer 1

分析 （1）①Ti为22号元素，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²；
②计算B原子孤电子对数、价层电子对确定空间构型与B原子杂化方式；LiBH₄中，Li⁺和BH₄^-形成离子键，BH₄^-中B原子与H原子之间形成4个共价键，由于B原子最外层有3个电子，故还有1个配位键；
③BH₄^-中H表现-1价，H元素对键合电子吸引力更大，同周期自左而右电负性增大；
（2）根据均摊法计算晶胞中H、Mg原子数目，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度；
MgH₂遇水会缓慢反应，实质属于水解反应，生成氢氧化镁与氢气；
（3）根据均摊法计算晶胞中Cu、Au原子数目，氢原子可进入到Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中，H原子应位于晶胞内部，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，CaF₂晶胞中含有4个Ca²⁺和8个F^-），氢原子相当于晶胞中的F离子，则晶胞中Cu、Au原子总数与H原子数目之比为1：2，可以计算晶胞中H原子数目，进而确定化学式．

解答 解：（1）①Ti为22号元素，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，外围电子排布式为：3d²4s²，
故答案为：3d²4s²；
②BH₄^-中B原子价层电子数=4+$\frac{3+1-1×4}{2}$=4，且不含孤电子对，为正四面体结构，B原子采取sp³杂化，
LiBH₄中，Li⁺和BH₄^-形成离子键，BH₄^-中B原子与H原子之间形成4个共价键，由于B原子最外层有3个电子，故还有1个配位键，不含金属键，
故答案为：正四面体；sp³；c；
③BH₄^-中H表现-1价，H元素对键合电子吸引力更大，同周期自左而右电负性增大，故电负性：H＞B＞Li，
故答案为：H＞B＞Li；
（2）该晶胞中镁原子个数=1+8×$\frac{1}{8}$=2，氢原子个数=4×$\frac{1}{2}$+2=4，晶胞质量为$\frac{24×2+4}{{N}_{A}}$g，晶胞的体积为V cm³，则该晶体的密度为$\frac{24×2+4}{{N}_{A}}$g÷V cm³=$\frac{52}{V×{N}_{A}}$g•cm^-3，
MgH₂遇水会缓慢反应，实质属于水解反应，生成氢氧化镁与氢气，反应方程式为：MgH₂+2H₂O=Mg（OH）₂+2H₂↑，
故答案为：$\frac{52}{V×{N}_{A}}$；MgH₂+2H₂O=Mg（OH）₂+2H₂↑；
（3）该晶胞中Au原子个数=8×$\frac{1}{8}$=1、Cu原子个数=6×$\frac{1}{2}$=3，氢原子可进入到Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中，H原子应位于晶胞内部，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，CaF₂晶胞中含有4个Ca²⁺和8个F^-，氢原子相当于晶胞中的F离子，则晶胞中Cu、Au原子总数与H原子数目之比为1：2，所以该晶胞中应含有8个H，该晶体储氢后的化学式为Cu₃ AuH₈，
故答案为：Cu₃ AuH₈．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、杂化方式与空间结构判断、电负性、晶胞计算等，（1）注意根据BH₄^-电荷判断元素表现的化合价，进而判断H、B的电负性，注意识记中学常见晶胞结构．