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7.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℃、15.2MPa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原子的价电子轨道表示式为. 
(2)NaH的熔点为800℃,不溶于有机溶剂.NaH属于离子晶体,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)AlH${\;}_{4}^{-}$中,Al的轨道杂化方式为sp3杂化;例举与AlH${\;}_{4}^{-}$空间构型相同的两种离子NH4+、SO42-等(填化学式). 
(5)NaAlH4晶体中,与Na+紧邻且等距的AlH${\;}_{4}^{-}$有8个;NaAlH4晶体的密度为$\frac{108×1{0}^{21}}{{{N}_{A}a}^{3}}$g•cm-3(用含a的代数式表示).若NaAlH4晶胞底心处的Na+被Li+取代,得到的晶体为Na3Li[AlH4]4(填化学式). 
(6)NaAlH4的释氢机理为:每3个AlH${\;}_{4}^{-}$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,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3NaAlH4=Na3AlH6+2Al+3H2↑.

分析 (1)Ti原子核外电子数为22,价电子排布式为3d24s2,结合泡利原理、洪特规则画出价电子排布图;
(2)NaH的熔点为800℃,不溶于有机溶剂,应使用离子晶体,用钠离子与氢负离子构成;
(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;
(4)AlH4-中,Al的轨道杂化数目为4+$\frac{3+1-1×4}{2}$=4,Al采取sp3杂化,为正四面体构型;
(5)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,根据均摊法可知,晶胞中AlH4-数目为1+8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{2}$=4,Na+数目为6×$\frac{1}{2}$+4×$\frac{1}{4}$=4,则二者配位数相等;
结合晶胞中AlH4-、Na+数目,表示出晶胞质量,再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度;
若NaAlH4晶胞底心处的Na+被Li+取代,可知晶胞中Li+为1,再计算Na+数目,而晶胞中AlH4-数目不变,可得化学式;
(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↑.

解答 解:(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
故答案为:
(2)NaH的熔点为800℃,不溶于有机溶剂,应使用离子晶体,用钠离子与氢负离子构成,电子式为
故答案为:
(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
故答案为:
(4)AlH4-中Al的轨道杂化数目为4+$\frac{3+1-1×4}{2}$=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,
故答案为:sp3杂化;NH4+、SO42-等;
(5)根据均摊法可知,晶胞中AlH4-数目为1+8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{2}$=4,Na+数目为6×$\frac{1}{2}$+4×$\frac{1}{4}$=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×$\frac{54}{{N}_{A}}$g,晶胞密度为4×$\frac{54}{{N}_{A}}$g÷[(a×10-7 cm)2×2a×10-7 cm]=$\frac{108×1{0}^{21}}{{{N}_{A}a}^{3}}$g•cm-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
故答案为:8;$\frac{108×1{0}^{21}}{{{N}_{A}a}^{3}}$;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↑,
故答案为:3NaAlH4=Na3AlH6+2Al+3H2↑.

点评 本题是对物质结构与性质的考查,涉及核外电子排布、晶体类型与性质、杂化方式与空间构型、晶胞结构与计算等,题目素材中学基本不接触,容易是学生产生畏惧感,侧重考查学生对知识的迁移由于,(6)中注意利用原子守恒进行晶胞,避免考虑结构问题.

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