Question

【题目】氢能被视为最具发歸力的清洁能源，开发新型储氣材料是氢能利用的重要研究方向。请回答下列问题：

Ⅰ.化合物A(H3BNH3)是一种潜在的储氢材料，可由六元环状物质(HB=NH)3通过如 下反应制得:3CH4+2 (HB=NH) 3+6H2O=3CO2+6H3BNH3

(1)基态B原子的价电子排布式为___________，B、C， N， O第一电离能由大到小的顺序为_________，CH4、H2O、CO2的键角按照由大到小的顺序排列为___________。

(2)与(HB=NH)3，互为等电子体的有机分子为___________(填分子式)。

Ⅱ.氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键。

(1)印度尼赫鲁先进科学研宄中心的Datta和Pati等人借助ADF软件对一种新 型环烯类储氢材料(C16S8)进行研宄，从理论角度证明这种材料的分子呈平面结构(如图)，每个杂环平面上下两侧最多可吸附10个H2分子。

①C16S8分子中C原子和S原子的杂化轨道类型分别为___________。

②相关键长数据如表所示：

化学键	C-S	C=S	C16S8中碳硫键
键长/pm	181	155	176

从表中数据看出，C16S8中碳硫键键长介于C—S键与C=S键之间，原因可能______________________。

③C16S8与H2微粒间的作用力是___________。

(2)有储氢功能的铜合金晶体具有立方最密堆积结构，晶胞中Cu原子位于面心，Ag 原子位于顶点，氢原子可进到由Cu原子与Ag原子构成的四面体空隙中。该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2(如图)相似，该晶体储氢后的化学式为___________。

(3)MgH2是金属氢化物储氢材料，其晶胞如上图所示，该晶体的密度为agcm-3，则晶胞的体积为___________cm3(用含a、NA的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。

Answer 1

【答案】2s22p1 N>O>C>B CO2>CH4>H2O sp2、sp3 C6H6 C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质 范德华力 Cu3AgH8

【解析】

Ⅰ(1)B的原子序数为5，根据电子排布规律1s22s22p1，价电子排布为2s22p1。B、C、N、O同周期元素，其第一电离能越来越大，但是要考虑到半满状态，N的价电子排布为2s22p3，为半满，较稳定，电离能会较大，所以排布为N>O>C>B。根据分子构型以及电子对互斥理论，CO2为直线型分子，键角为180°，CH4为正四面体，键角为109.5°，H2O中O的孤对电子会对造成O—H键挤压，键角会小于109.5°，所以键角的排序为CO2>CH4>H2O；答案为2s22p1 N>O>C>B CO2>CH4>H2O；

（2）等电子体，价电子和原子数都相等。有机物中含有C，恰好B和N原子，在价电子和原子数上相等于2个C原子，则等电子体为(C2H2)3，为C6H6，答案为C6H6；

Ⅱ(1) ①每个C原子周围有3个C原子，有3个σ键，1个π键，C原子的杂化类型为sp2，每个S原子周边有2根键，还有2对孤对电子，杂化类型为sp3，答案为sp2、sp3；

②C16S8中碳硫键键长介于C—S键与C=S键之间，C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质，才能让键长介于单键和双键之间，答案为C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质；

③C16S8与H2均为分子，分子间的作用力为范德华力，答案为范德华力；

(2) 晶胞中Cu原子位于面心，Ag 原子位于顶点，氢原子可进到由Cu原子与Ag原子构成的四面体空隙中，那图中空心的圈为储藏的H原子，计算晶胞中的原子，Cu原子位于面心，为2个晶胞所共有，则每个晶胞中有个Cu原子。每个晶胞中Ag 原子位于顶点，为8个晶胞所共有，有个Ag原子，空心的圈在晶胞中，为晶胞单独拥有，每个晶胞中8个H原子，则化学式为Cu3AgH8。答案为Cu3AgH8；

(3)根据，根据晶胞结构晶胞中在中心有1个Mg，为晶胞单独所有， 8个顶点有8个Mg原子，为8个晶胞共有，则一共有个Mg原子。金属氢化物储氢材料的化学式为MgH2，则每个晶胞有2个Mg原子，4个H原子。，，，答案为。