题目内容
【题目】氢化铝钠(NaAlH4)是一种新型轻质储氢材料,掺入少量Ti的NaAlH4在150℃时释氢,在170℃、15.2MPa条件下又重复吸氢。NaAlH4可由AlCl3和NaH在适当条件下合成。NaAlH4的晶胞结构如图所示。
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(1)基态Ti原子的价电子轨道表示式为_______。
(2)AlH4-的空间构型为_______________,中心原子Al的轨道杂化方式为________;
(3)AlCl3在178℃时升华,其蒸气的相对分子质量约为267,蒸气分子的结构式为________________(标明配位键)。
(4)NaH的熔点为800℃,不溶于有机溶剂NaH属于____晶体,其电子式为_____________。
(5)NaAlH4晶体中,与Na+紧邻且等距的AlH4-有_____个;NaAlH4晶体的密度为________g·cm-3(用含a的代数式表示)。若NaAlH4晶胞底心处的Na+被Li+取代,得到的晶体为__________(填化学式)。
(6)NaAlH4的释氢机理为:每3个AlH4-中,有2个分别释放出3个H原子和1个Al原子,同时与该Al原子最近邻的Na原子转移到被释放的Al原子留下的空位,形成新的结构。这种结构变化由表面层扩展到整个晶体,从而释放出氢气。该释氢过程可用化学方程式表示为____________________________________________。
【答案】
正四面体形 sp3
离子
8
Na3Li(AlH4)4 3NaAlH4=Na3AlH6+2Al+3H2↑
【解析】(1)Ti原子核外电子数为22,价电子排布式为3d24s2,价电子排布图为
;(2)AlH4-中Al的轨道杂化数目为4+
=4,Al采取sp3杂化,为正四面体构型;(3)氯化铝在178℃时升华,熔沸点较低,属于分子晶体,蒸气的相对分子质量约为267,蒸气分子的分子式为Al2Cl6,铝原子最外层电子只有3个电子,形成3个共价键,每个铝原子和四个氯原子形成共价键,且其中一个共用电子对是氯原子提供形成的配位键,结构式如图
;(4)NaH的熔点为800℃,不溶于有机溶剂,应属于离子晶体,由钠离子与氢负离子构成,电子式为
;(5)根据均摊法可知,晶胞中AlH4-数目为1+8×
+4×
=4,Na+数目为6×
+4×
=4,则二者配位数为1:1,以体心的AlH4-研究,与之紧邻且等距的Na+位于晶胞棱之间、晶胞中上面立方体左右侧面面心、晶胞中下面立方体前后面的面心,与AlH4-紧邻且等距的Na+有8个,则与Na+紧邻且等距的AlH4-有8个;晶胞质量为4×
g,晶胞密度为
=
gcm-3,若NaAlH4晶胞底心处的Na+被Li+取代,可知晶胞中Li+为1,Na+数目为3,而晶胞中AlH4-数目不变,可得化学式Na3Li[AlH4]4;(6)NaAlH4的释氢机理为:每3个AlH4-中,有2个分别释放出3个H原子和1个Al原子,同时与该Al原子最近邻的Na原子转移到被释放的Al原子留下的空位,根据原子守恒可知:3NaAlH4→Na3AlH6+2Al+3H2↑,反应方程式为:3NaAlH4=Na3AlH6+2Al+3H2↑。
【题目】氮元素可形成多种化合物,在工业生产中具有重要价值。 请回答下列问题:
(1)已知拆开1mol H-H 键,1mol N-H键, 1mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ,且该反应为可逆反应,则N2与H2反应合成NH3的热化学方程式为_________。
(2)一定温度下,将一定量的N2和H2充入固定体积的密闭容器中进行合成氨反应,
①下列描述能说明该可逆反应达到化学平衡状态的有___________
A.容器内气体的密度不变 B.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
C.容器内的压强不变 D.3v正(H2) =2v逆(NH3)
E. 容器内气体的平均相对分子质量不变
F. 相同时间内有3molH-H键断裂,有6mol N-H键形成
②恒温恒压条件下,为提高合成氨反应中N2和H2的利用率,可以采用的方法有________________。
(3)一定温度下,2L密闭容器中充入0.40 mol N2O4,发生反应:N2O4(g)
2NO2(g),一段时间后达到平衡,测得数据如下:
时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
c(NO2)/(mol/L) | 0.12 | 0.20 | 0.26 | 0.30 | 0.30 |
①20s内,v(NO2)=___________,该温度下反应的化学平衡常数数值为_________。
②升高温度时,气体颜色加深,则正反应是_________(填“放热”或“吸热”)反应。
③相同温度下,若开始向该容器中充入0.40 mol NO2,则达到平衡后: c(NO2)_____0.15 mol·L-1(填“>”、 “=”或“<”)