Question

【題目】氫能被視為最具發歸力的清潔能源，開發新型儲氣材料是氫能利用的重要研究方向。請回答下列問題：

Ⅰ.化合物A(H3BNH3)是一種潛在的儲氫材料，可由六元環狀物質(HB=NH)3通過如 下反應制得:3CH4+2 (HB=NH) 3+6H2O=3CO2+6H3BNH3

(1)基態B原子的價電子排布式為___________，B、C， N， O第一電離能由大到小的順序為_________，CH4、H2O、CO2的鍵角按照由大到小的順序排列為___________。

(2)與(HB=NH)3，互為等電子體的有機分子為___________(填分子式)。

Ⅱ.氫氣的安全貯存和運輸是氫能應用的關鍵。

(1)印度尼赫魯先進科學研宄中心的Datta和Pati等人借助ADF軟件對一種新 型環烯類儲氫材料(C16S8)進行研宄，從理論角度證明這種材料的分子呈平面結構(如圖)，每個雜環平面上下兩側最多可吸附10個H2分子。

①C16S8分子中C原子和S原子的雜化軌道類型分別為___________。

②相關鍵長數據如表所示：

化學鍵	C-S	C=S	C16S8中碳硫鍵
鍵長/pm	181	155	176

從表中數據看出，C16S8中碳硫鍵鍵長介于C—S鍵與C=S鍵之間，原因可能______________________。

③C16S8與H2微粒間的作用力是___________。

(2)有儲氫功能的銅合金晶體具有立方最密堆積結構，晶胞中Cu原子位于面心，Ag 原子位于頂點，氫原子可進到由Cu原子與Ag原子構成的四面體空隙中。該晶體儲氫后的晶胞結構與CaF2(如圖)相似，該晶體儲氫后的化學式為___________。

(3)MgH2是金屬氫化物儲氫材料，其晶胞如上圖所示，該晶體的密度為agcm-3，則晶胞的體積為___________cm3(用含a、NA的代數式表示，NA表示阿伏加德羅常數的值)。

Answer 1

【答案】2s22p1 N>O>C>B CO2>CH4>H2O sp2、sp3 C6H6 C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質 范德華力 Cu3AgH8

【解析】

Ⅰ(1)B的原子序數為5，根據電子排布規律1s22s22p1，價電子排布為2s22p1。B、C、N、O同周期元素，其第一電離能越來越大，但是要考慮到半滿狀態，N的價電子排布為2s22p3，為半滿，較穩定，電離能會較大，所以排布為N>O>C>B。根據分子構型以及電子對互斥理論，CO2為直線型分子，鍵角為180°，CH4為正四面體，鍵角為109.5°，H2O中O的孤對電子會對造成O—H鍵擠壓，鍵角會小于109.5°，所以鍵角的排序為CO2>CH4>H2O；答案為2s22p1 N>O>C>B CO2>CH4>H2O；

（2）等電子體，價電子和原子數都相等。有機物中含有C，恰好B和N原子，在價電子和原子數上相等于2個C原子，則等電子體為(C2H2)3，為C6H6，答案為C6H6；

Ⅱ(1) ①每個C原子周圍有3個C原子，有3個σ鍵，1個π鍵，C原子的雜化類型為sp2，每個S原子周邊有2根鍵，還有2對孤對電子，雜化類型為sp3，答案為sp2、sp3；

②C16S8中碳硫鍵鍵長介于C—S鍵與C=S鍵之間，C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質，才能讓鍵長介于單鍵和雙鍵之間，答案為C16S8分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質；

③C16S8與H2均為分子，分子間的作用力為范德華力，答案為范德華力；

(2) 晶胞中Cu原子位于面心，Ag 原子位于頂點，氫原子可進到由Cu原子與Ag原子構成的四面體空隙中，那圖中空心的圈為儲藏的H原子，計算晶胞中的原子，Cu原子位于面心，為2個晶胞所共有，則每個晶胞中有個Cu原子。每個晶胞中Ag 原子位于頂點，為8個晶胞所共有，有個Ag原子，空心的圈在晶胞中，為晶胞單獨擁有，每個晶胞中8個H原子，則化學式為Cu3AgH8。答案為Cu3AgH8；

(3)根據，根據晶胞結構晶胞中在中心有1個Mg，為晶胞單獨所有， 8個頂點有8個Mg原子，為8個晶胞共有，則一共有個Mg原子。金屬氫化物儲氫材料的化學式為MgH2，則每個晶胞有2個Mg原子，4個H原子。，，，答案為。