Question

【題目】[化學——選修3：物質結構與性質]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℃、15.2MPa條件下又重復吸氫。NaAlH4可由AlCl3和NaH在適當條件下合成。NaAlH4的晶胞結構如右下圖所示。

（1）基態Ti原子的價電子軌道表示式為 。

（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 ；例舉與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·cm－3（用含a的代數式表示）。若NaAlH4晶胞底心處的Na+被Li+取代，得到的晶體為 （填化學式）。

（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，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】（1）

（2）離子；

（3）

（4）sp3 NH4+、BH4（或“SO42”“PO43” 等其他合理答案）

（5）8（或“ ”） Na3Li(AlH4)4

（6）3NaAlH4＝Na3AlH6+2Al+3H2↑

【解析】

試題分析：（1）Ti的原子序數為22，電子排布為1s22s22p63s23p63d24s2，價電子排布式為3d24s2，價電子軌道表示式為；

（2）NaH的熔點為800℃，不溶于有機溶劑，屬于離子晶體；NaH是離子化合物，電子式為；

（3）氯化鋁中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，如圖；

（4）AlH4-中，Al的價層電子對數=4+=4，所以Al原子為sp3雜化；等電子體的結構相似，所以AlH4-空間構型相同的兩種離子NH4+、BH4-（或“SO42-”“PO43-”）；

（5）以底面Na+離子研究，與之最近的AlH4-距離為anm，位于同一面的4個頂角以及其余4個側面的面心上，共有8個；根據均攤法可知，晶胞中鈉離子的個數為6×+4×=4，晶體的化學式為NaAlH4，所以晶胞中AlH4-的個數為4，該晶胞的質量為g，該晶胞體積為2a3nm3=2a3×10-21cm3，則該晶胞的密度為。晶胞中AlH4-的個數為4，鈉離子的個數為4，若NaAlH4晶胞底心處的Na+被Li+取代，則晶胞中AlH4-的個數為4，鈉離子的個數為3，鋰離子的個數為1，晶體的化學式為：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，即產物有Al、H2和AlH63-，方程式為3NaAlH4＝Na3AlH6+2Al+3H2↑。