Question

【题目】氢化铝钠（NaAlH4）是一种新型轻质储氢材料，掺入少量Ti的NaAlH4在150℃时释氢，在170℃、15.2 MPa条件下又重复吸氢。NaAlH4可由AlCl3和NaH在适当条件下合成。NaAlH4的晶胞结构如图所示。

（1）基态Ti原子的价电子排布式为___________。

（2）NaH的熔点为800℃，不溶于有机溶剂。NaH属于_____晶体，其电子式为______。

（3）AlCl3在178℃时升华，其蒸气的相对分子质量约为267，蒸气分子的结构式为____（标明配位键）。

（4）AlH4-中，Al的轨道杂化方式为_____；列举与AlH4-空间构型相同的两种离子：_____（填化学式）。

（5）NaAlH4晶体中，与Na+紧邻且等距的AlH4-有_____个；NaAlH4晶体的密度为____g/cm3（用含a 的代数式表示）。

（6）NaAlH4的释氢机理为：每3个AlH4-不中，有2个分别释放出3个H原子和1个Al原子，同时与该Al原子最近的Na原子转移到被释放的Al原子留下的空位，形成新的结构。这种结构变化由表面层扩展到整个晶体，从而释放出氢气。该释氢过程可用化学方程式表示为___________。

Answer 1

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

【解析】（1）Ti原子核外电子数为22，价电子排布式为3d24s2，价电子排布图为；
（2）NaH的熔点为800℃，不溶于有机溶剂，应属于离子晶体，由钠离子与氢负离子构成，电子式为；
（3）氯化铝在178℃时升华，熔沸点较低，属于分子晶体，蒸气的相对分子质量约为267，蒸气分子的分子式为Al2Cl6，铝原子最外层电子只有3个电子，形成3个共价键，每个铝原子和四个氯原子形成共价键，且其中一个共用电子对是氯原子提供形成的配位键，结构式如图；
（4）AlH4-中Al的轨道杂化数目为4+=4，Al采取sp3杂化，为正四面体构型，与AlH4-空间构型相同的两种离子为NH4+、SO42-等；
（5）根据均摊法可知，晶胞中AlH4-数目为1+8×+4×=4，Na+数目为6×+4×=4，则二者配位数为1：1，以体心的AlH4-研究，与之紧邻且等距的Na+位于晶胞棱之间、晶胞中上面立方体左右侧面面心、晶胞中下面立方体前后面的面心，与AlH4-紧邻且等距的Na+有8个，则与Na+紧邻且等距的AlH4-有8个；
晶胞质量为4×g，晶胞密度为4×g÷[（a×10-7 cm）2×2a×10-7 cm]== gcm-3，若NaAlH4晶胞底心处的Na+被Li+取代，可知晶胞中Li+为1，Na+数目为3，而晶胞中AlH4-数目不变，可得化学式Na3Li[AlH4]4；
（6）NaAlH4的释氢机理为：每3个AlH4-中，有2个分别释放出3个H原子和1个Al原子，同时与该Al原子最近邻的Na原子转移到被释放的Al原子留下的空位，根据原子守恒可知：3NaAlH4→Na3AlH6+2Al+3H2，反应方程式为：3NaAlH4=Na3AlH6+2Al+3H2↑。