Question

7．氢能是一种洁净的可再生能源，制备和储存氢气是氢能开发的两个关键环节．
Ⅰ氢气的制取
（1）水是制取氢气的常见原料，下列说法正确的是AB（填序号）．
A．H₃O⁺的空间构型为三角锥形
B．水的沸点比硫化氢高
C．冰晶体中，1mol水分子可形成4mol氢键
（2）科研人员研究出以钛酸锶为电极的光化学电池，用紫外线照射钛酸锶电极，使水分解产生氢气．已知钛酸锶晶胞结构如图1，则其化学式为SrTiO₃．

Ⅱ氢气的存储
（3）Ti（BH₄）₂是一种储氢材料．
①Ti原子在基态时的核外电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²或[Ar]3d²4s²．
②Ti（BH₄）₂可由TiCl₄和LiBH₄反应制得，TiCl₄ 熔点-25.0℃，沸点136.94℃，常温下是无色液体，则TiCl₄晶体类型为分子晶体．
（4）最近尼赫鲁先进科学研究中心借助ADF软件对一种新型环烯类储氢材料（C₁₆S₈）进行研究，从理论角度证明这种分子中的原子都处于同一平面上（结构如图2所示），每个平面上下两侧最多可储存10个H₂分子．
①元素电负性大小关系是：C＜S（填“＞”、“=”或“＜”）．
②分子中C原子的杂化轨道类型为sp²．
③有关键长数据如下：

	C-S	C═S	C16S8中碳硫键
键长/pm	181	155	176

从表中数据可以看出，C₁₆S₈中碳硫键键长介于C-S与C═S之间，原因可能是：分子中的C与S原子之间有π键或分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质．
④C₁₆S₈与H₂微粒间的作用力是范德华力．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）A．水合氢离子中氧原子含有3个δ键和1个孤电子对，所以其采用sp³杂化，空间构型为三角锥形；
B．O的电负性较大，对应的氢化物可形成氢键，沸点较高；
C．在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，利用均摊法计算；
（2）利用均摊法计算该晶胞中含有的原子个数，从而确定其化学式；
Ⅱ．（3）①处于最低能量的原子叫做基态原子，基态电子排布遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则，Ti元素为22号元素，原子核外有22个电子，根据核外电子排布规律书写；
②TiCl₄在通常情况下是无色液体，熔点为-37℃，沸点为136.94℃，根据其物理性质来判断晶体类型；
（4）①一般来说，周期表从左到右，元素的电负性逐渐变大；周期表从上到下，元素的电负性逐渐变小．电负性大的元素集中在元素周期表的右上角，电负性小的元素集中在左下角；
②对于有机物利用杂化轨道数=孤对电子对数+σ键数进行判断；当n=2，sp杂化；n=3，sp²杂化；n=4，sp³杂化；
③根据键长数据分析；
④分子与分子间的作用力为分子间作用力．

解答 解：I．（1）A．水合氢离子中，价层电子对数=3+$\frac{1}{2}$（6-1-3×1）=4，且含有一个孤电子对，所以其空间构型是三角锥型，故A正确；
B．氢键广泛存在于非金属性较强的元素F、O、N等元素形成的含氢化合物中，水分子间存在氢键，所以其沸点比硫化氢高，故B正确；
C．在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，每1个水分子平均形成2个氢键，故C错误；
故答案为：AB；
（2）该晶胞中Ti原子个数为1，O原子个数6×$\frac{1}{2}$=3，Sr原子的个数为8×$\frac{1}{8}$=1，所以化学式为SrTiO₃，
故答案为：SrTiO₃；
Ⅱ．（3）①Ti的原子序数为22，位于第四周期第Ⅳ_B族，最后填充d电子，电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²或[Ar]3d²4s²；
②TiCl₄在通常情况下是无色液体，熔点为-37℃，沸点为136.94℃，由此可判断 TiCl₄是由共价键结合的分子，晶体类型属于分子晶体，
故答案为：分子晶体；
（4）①元素周期表中同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增强，同主族元素从上到下元素的电负性逐渐减弱，所以元素的电负性是指元素的原子在化合物中把电子吸引向自己的本领，元素的非金属性强者电负性大，其单质的最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，H₂CO₃的酸性远不及H₂SO₄的酸性强，所以元素电负性C略小于S，
故答案为：＜；
②根据图2结构可知：碳原子形成2个C-S，1个C=S二键，C原子杂化轨道数为（2+1）=3，C原子采取sp²杂化方式，
故答案为：sp²；
③C-S键长为181pm，C=S键长为155pm，C₁₆S₈中碳硫键键长为176pm，键长介于C-S与C=S之间，原因可能是：分子中的C与S原子之间有π键或分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质，
故答案为：分子中的C与S原子之间有π键或分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质；
④分子之间存在范德华力，C₁₆S₈与H₂微粒间的作用力是范德华力，
故答案为：范德华力．

点评 本题考查较为综合，涉及分子的立体构型、晶胞结构、原子在基态时的核外电子排布、氢键、杂化等知识点，题目难度中等，注意杂化轨道数判断，为高频考点．