Question

【题目】开发新型储氢材料是氢能源利用的重要研究方向之一。请回答以下问题：

(1)Ti(BH4)3是一种储氢材料，可由TiCl4和LiBH4反应制得。

①基态Ti3+的电子排布式为____________________；LiBH4中Li、B、H元素的电负性由大到小的排列顺序为_________________。

②另有一种含钛元素的新型材料，其理论结构模型如图所示，图中虚线框内碳原子的杂化轨道类型为____________。

(2)氨硼烷(NH3BH3)是优良的储氢材料，少量氨硼烷可以由硼烷(B2H6)和NH3合成。

①NH3BH3中是否存在配位键__________(填“是”或“否”)；与NH3BH3互为等电子体的分子的化学式为__________。

②B、C、N与O元素的第一电离能由大到小的顺序为___________________。

③氨硼烷在高温下释放氢后生成的立方氮化硼晶体，具有类似金刚石的结构，硬度略小于金刚石。则立方氮化硼晶体可用作___________(选填下列字母序号)。

a．切削工具 b．钻探钻头 c．导电材料 d．耐磨材料

(3)一种有储氢功能的铜合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置,氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。

①若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2的结构相似，该晶体储氢后的化学式为________________；

②铜与其它许多金属及其化合物都可以发生焰色反应，其原因是_______________。

(4)金属氢化物也是具有良好发展前景的储氢材料。某储氢材料是短周期金属元素R的氢化物。R的部分电离能如下表所示：

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该金属元素是___________(填元素符号)．．

②若氢化物的晶胞结构如图所示(有4个H原子位于面上，其余H原子位于晶胞内)，已知该晶体的密度为ρg·cm-3,则该晶胞的体积为__________cm3[用含ρ、NA的代数式表示(其中NA为阿伏加德罗常数的值)]。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d1 H>B>Li sp、sp2、sp3 是 C2H6 N>O>C>B a b d Cu3AuH8 激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长的光的形式释放能量 Mg

【解析】（1）①Ti是第22号元素，原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，转化为Ti3+应该失去3个电子，离子的电子排布为1s22s22p63s23p63d1。Li为金属一定是电负性较小，H是非金属中电负性较小的元素，所以电负性顺序为：H>B>Li。

②虚线框中碳原子有形成单键（连接四个碳原子）、双键（连接三个碳原子）和三键（连接两个碳原子）的三种不同形态，所以杂化类型分别为sp3杂化、sp2杂化和sp杂化。可以参考下图：。

（2）①NH3中的N原子存在孤电子对，BH3中的B原子有空轨道，所以存在如下的配位键：H3N→BH3。NH3BH3与C2H6原子数相等，价电子数也相同，所以是等电子体。

②同周期元素的第一电离能应该是从左向右依次增大，但是N的p能级上有3个电子，是半满的稳定结构，所以N的第一电离能较大，得到第一电离能的顺序为：N>O>C>B。

③立方氮化硼晶体具有很高的硬度（只是略小于金刚石），所以其可以用作切削工具、钻探探头、耐磨材料等，但是和金刚石一样，该晶体应该不导电，所以不能用作导电材料。答案为abd。

（3）①氟化钙的晶胞结构为，白球为Ca2+占据晶胞的顶点和面心，黑球为F-占据晶胞的8个四面体空隙。所以储氢晶体的晶胞中Au位于晶胞的8个顶点为8× = 1个；Cu位于晶胞的6个面心为6× = 3个；H占据晶胞内部的8个四面体空隙，所以有8个，晶体化学式为Cu3AuH8。

②金属元素发生焰色反应的原理是：灼烧时，金属元素吸收能量，电子跃迁到激发态，激发态的电子再回落到基态，即从高能量轨道回落到低能量轨道，对外释放能量，该能量以一定波长的光的形式对外放出，就产生的焰色反应的结果。

（4）①根据该金属元素的电离能数据，因为第三电离能远大于第二电离能，说明金属元素的最外层有2个电子，元素为短周期元素，所以是Mg（Be只有4个电子，不存在I5）。

②晶胞中Mg占据顶点和体心，所以有8× + 1×1=2个，H原子有4个在面上，有两个在晶胞内，所以H有4× + 2×1 = 4个，得到一个晶胞有2个Mg和4个H，一个晶胞的质量为 g。所以晶胞的体积为 cm3。