Question

【題目】開發新型儲氫材料是氫能源利用的重要研究方向之一。請回答以下問題：

(1)Ti(BH4)3是一種儲氫材料，可由TiCl4和LiBH4反應制得。

①基態Ti3+的電子排布式為____________________；LiBH4中Li、B、H元素的電負性由大到小的排列順序為_________________。

②另有一種含鈦元素的新型材料，其理論結構模型如圖所示，圖中虛線框內碳原子的雜化軌道類型為____________。

(2)氨硼烷(NH3BH3)是優良的儲氫材料，少量氨硼烷可以由硼烷(B2H6)和NH3合成。

①NH3BH3中是否存在配位鍵__________(填“是”或“否”)；與NH3BH3互為等電子體的分子的化學式為__________。

②B、C、N與O元素的第一電離能由大到小的順序為___________________。

③氨硼烷在高溫下釋放氫后生成的立方氮化硼晶體，具有類似金剛石的結構，硬度略小于金剛石。則立方氮化硼晶體可用作___________(選填下列字母序號)。

a．切削工具 b．鉆探鉆頭 c．導電材料 d．耐磨材料

(3)一種有儲氫功能的銅合金晶體具有面心立方最密堆積的結構，晶胞中Cu原子處于面心，Au原子處于頂點位置,氫原子可進入到由Cu原子與Au原子構成的四面體空隙中。

①若將Cu原子與Au原子等同看待，該晶體儲氫后的晶胞結構與CaF2的結構相似，該晶體儲氫后的化學式為________________；

②銅與其它許多金屬及其化合物都可以發生焰色反應，其原因是_______________。

(4)金屬氫化物也是具有良好發展前景的儲氫材料。某儲氫材料是短周期金屬元素R的氫化物。R的部分電離能如下表所示：

I1/KJ·mol-1	I2/KJ·mol-1	I3/KJ·mol-1	I4/KJ·mol-1	I5/KJ·mol-1
738	1451	7733	10540	13630

①該金屬元素是___________(填元素符號)．．

②若氫化物的晶胞結構如圖所示(有4個H原子位于面上，其余H原子位于晶胞內)，已知該晶體的密度為ρg·cm-3,則該晶胞的體積為__________cm3[用含ρ、NA的代數式表示(其中NA為阿伏加德羅常數的值)]。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d1 H>B>Li sp、sp2、sp3 是 C2H6 N>O>C>B a b d Cu3AuH8 激發態的電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時，以一定波長的光的形式釋放能量 Mg

【解析】（1）①Ti是第22號元素，原子的核外電子排布為1s22s22p63s23p63d24s2，轉化為Ti3+應該失去3個電子，離子的電子排布為1s22s22p63s23p63d1。Li為金屬一定是電負性較小，H是非金屬中電負性較小的元素，所以電負性順序為：H>B>Li。

②虛線框中碳原子有形成單鍵（連接四個碳原子）、雙鍵（連接三個碳原子）和三鍵（連接兩個碳原子）的三種不同形態，所以雜化類型分別為sp3雜化、sp2雜化和sp雜化。可以參考下圖：。

（2）①NH3中的N原子存在孤電子對，BH3中的B原子有空軌道，所以存在如下的配位鍵：H3N→BH3。NH3BH3與C2H6原子數相等，價電子數也相同，所以是等電子體。

②同周期元素的第一電離能應該是從左向右依次增大，但是N的p能級上有3個電子，是半滿的穩定結構，所以N的第一電離能較大，得到第一電離能的順序為：N>O>C>B。

③立方氮化硼晶體具有很高的硬度（只是略小于金剛石），所以其可以用作切削工具、鉆探探頭、耐磨材料等，但是和金剛石一樣，該晶體應該不導電，所以不能用作導電材料。答案為abd。

（3）①氟化鈣的晶胞結構為，白球為Ca2+占據晶胞的頂點和面心，黑球為F-占據晶胞的8個四面體空隙。所以儲氫晶體的晶胞中Au位于晶胞的8個頂點為8× = 1個；Cu位于晶胞的6個面心為6× = 3個；H占據晶胞內部的8個四面體空隙，所以有8個，晶體化學式為Cu3AuH8。

②金屬元素發生焰色反應的原理是：灼燒時，金屬元素吸收能量，電子躍遷到激發態，激發態的電子再回落到基態，即從高能量軌道回落到低能量軌道，對外釋放能量，該能量以一定波長的光的形式對外放出，就產生的焰色反應的結果。

（4）①根據該金屬元素的電離能數據，因為第三電離能遠大于第二電離能，說明金屬元素的最外層有2個電子，元素為短周期元素，所以是Mg（Be只有4個電子，不存在I5）。

②晶胞中Mg占據頂點和體心，所以有8× + 1×1=2個，H原子有4個在面上，有兩個在晶胞內，所以H有4× + 2×1 = 4個，得到一個晶胞有2個Mg和4個H，一個晶胞的質量為 g。所以晶胞的體積為 cm3。