Question

【題目】氫化鋁鈉（NaAlH4）是一種新型輕質儲氫材料，摻入少量Ti的NaAlH4在150℃時釋氫，在170℃、15.2 MPa條件下又重復吸氫。NaAlH4可由AlCl3和NaH在適當條件下合成。NaAlH4的晶胞結構如圖所示。

（1）基態Ti原子的價電子排布式為___________。

（2）NaH的熔點為800℃，不溶于有機溶劑。NaH屬于_____晶體，其電子式為______。

（3）AlCl3在178℃時升華，其蒸氣的相對分子質量約為267，蒸氣分子的結構式為____（標明配位鍵）。

（4）AlH4-中，Al的軌道雜化方式為_____；列舉與AlH4-空間構型相同的兩種離子：_____（填化學式）。

（5）NaAlH4晶體中，與Na+緊鄰且等距的AlH4-有_____個；NaAlH4晶體的密度為____g/cm3（用含a 的代數式表示）。

（6）NaAlH4的釋氫機理為：每3個AlH4-不中，有2個分別釋放出3個H原子和1個Al原子，同時與該Al原子最近的Na原子轉移到被釋放的Al原子留下的空位，形成新的結構。這種結構變化由表面層擴展到整個晶體，從而釋放出氫氣。該釋氫過程可用化學方程式表示為___________。

Answer 1

【答案】 3d24s2 離子 sp3 NH4+或BH4— 8 3NaAlH4=Na3AlH6+2Al+3H2↑

【解析】（1）Ti原子核外電子數為22，價電子排布式為3d24s2，價電子排布圖為；
（2）NaH的熔點為800℃，不溶于有機溶劑，應屬于離子晶體，由鈉離子與氫負離子構成，電子式為；
（3）氯化鋁在178℃時升華，熔沸點較低，屬于分子晶體，蒸氣的相對分子質量約為267，蒸氣分子的分子式為Al2Cl6，鋁原子最外層電子只有3個電子，形成3個共價鍵，每個鋁原子和四個氯原子形成共價鍵，且其中一個共用電子對是氯原子提供形成的配位鍵，結構式如圖；
（4）AlH4-中Al的軌道雜化數目為4+=4，Al采取sp3雜化，為正四面體構型，與AlH4-空間構型相同的兩種離子為NH4+、SO42-等；
（5）根據均攤法可知，晶胞中AlH4-數目為1+8×+4×=4，Na+數目為6×+4×=4，則二者配位數為1：1，以體心的AlH4-研究，與之緊鄰且等距的Na+位于晶胞棱之間、晶胞中上面立方體左右側面面心、晶胞中下面立方體前后面的面心，與AlH4-緊鄰且等距的Na+有8個，則與Na+緊鄰且等距的AlH4-有8個；
晶胞質量為4×g，晶胞密度為4×g÷[（a×10-7 cm）2×2a×10-7 cm]== gcm-3，若NaAlH4晶胞底心處的Na+被Li+取代，可知晶胞中Li+為1，Na+數目為3，而晶胞中AlH4-數目不變，可得化學式Na3Li[AlH4]4；
（6）NaAlH4的釋氫機理為：每3個AlH4-中，有2個分別釋放出3個H原子和1個Al原子，同時與該Al原子最近鄰的Na原子轉移到被釋放的Al原子留下的空位，根據原子守恒可知：3NaAlH4→Na3AlH6+2Al+3H2，反應方程式為：3NaAlH4=Na3AlH6+2Al+3H2↑。