Question

13．2015年8月28日，由中国稀土行业协会储氢材料分会主办的“2015中国稀土储氢论坛”在山东省枣庄召开，与会代表共同研究解决储氢合金产业化发展过程中存在的各类问题，为储氢材料未来的发展寻求创新之路．钛（Ti）、钒（V）、镍（Ni）、镧（La）等在储氢材料方面具有广泛的用途．
下面是一些晶体材料的结构示意图．

请回答下列问题：
（1）写出镍原子的核外电子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²．
（2）钛金属晶体的原子堆积方式如图1所示，则每个钛原子周围有12个紧邻的钛原子．
（3）镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表．某合金储氢后的晶胞如图2所示，该合金的化学式为LaNi₅，1mol镧形成的该合金能储存3mol氢气．
（4）嫦娥三号卫星上的PTC元件（热敏电阻）的主要成分--钡钛矿晶体结构如图3所示，该晶体经X射线分析鉴定，重复单位为立方体，边长为acm．顶点位置被Ti⁴⁺所占据，体心位置被Ba²⁺所占据，所有棱心位置被O^2-所占据．
①该晶体中的O元素与氢形成的化合物的中心原子的杂化类型为sp³，其分子空间构型为V形．
②该晶体中的O元素与其同周期左右相邻的元素第一电离能由大到小的顺序是F＞N＞O，电负性由小到大的顺序是N＜O＜F．
③写出该晶体的化学式：BaTiO₃．
④若该晶体的密度为ρg/cm³，阿伏加德罗常数的值为N_A，则a=$\root{3}{\frac{233}{ρ{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）Ni原子核外电子数为28，根据能量最低原理书写核外电子排布式；
（2）由钛晶体的原子堆积方式可知，属于六方最密堆积；
（3）根据均摊法计算晶胞中La、Ni原子数目，进而确定化学式；计算晶胞中氢气分子数目，结合晶胞中La与氢气分子数目之比计算1mol镧形成的该合金能储存氢气物质的量；
（4）①该晶体中的O元素与H形成的简单化合物为H₂O，O原子形成2个O-H键，含有2对孤对电子；
②原子的得电子能力越强，其电负性的数值越大；同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，据此判断第一电离能大小顺序；
③根据均摊法计算晶胞中O、Ti、Ba原子数目，进而确定化学式；
④结合晶胞含有原子数目计算晶胞质量，再根据V=$\frac{m}{ρ}$计算晶胞体积，晶胞边长=$\root{3}{{V}_{晶胞}}$．

解答 解：（1）Ni原子核外电子数为28，根据能量最低原理，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²；
（2）由钛晶体的原子堆积方式可知，属于六方最密堆积，原子配位数为12，即每个钛原子周围有12个紧邻的钛原子，
故答案为：12；
（3）算晶胞中La原子数目为8×$\frac{1}{8}$=1、Ni原子数目=1+8×$\frac{1}{2}$=5，故合金的化学式为LaNi₅，晶胞中氢气分子数目为2×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{4}$=3，1mol镧形成的该合金能储存氢气物质的量为3mol，
故答案为：LaNi₅；3；
（4）①该晶体中的O元素与H形成的简单化合物为H₂O，O原子形成2个O-H键，含有2对孤对电子，氧原子采取sp³杂化，空间构型为V形，
故答案为：sp³；V形；
②元素原子的得电子能力越强，则电负性越大，所以F＞O＞N＞C；
同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，C、N、O元素处于同一周期且原子序数逐渐增大，N处于第VA族，所以第一电离能F＞N＞O＞C，故答案为：F＞N＞O； N＜O＜F；
③晶胞中O氧原子数目为12×$\frac{1}{4}$=3、Ti原子数目为8×$\frac{1}{8}$=1、Ba原子数目1，故化学式为：BaTiO₃，
故答案为：BaTiO₃；
④晶胞质量=$\frac{137+48+16×3}{{N}_{A}}$g，晶体的密度为ρg/cm³，则晶胞边长=$\root{3}{\frac{\frac{233}{{N}_{A}}g}{ρg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{233}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案为：$\root{3}{\frac{233}{ρ{N}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、杂化方式与空间构型判断、晶胞结构与计算等，注意理解金属晶体的堆积方式，对学生的空间想象有一定的要求，难度中等．