Question

18．Ⅰ．氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈，配位氢化物、富氢载体化合物是目前所采用的主要储氢材料．
（1）Ti（BH₄）₂是一种过渡元素硼氢化物储氢材料．在基态Ti²⁺中，电子占据的最高能层符号为M，该能层具有的原子轨道数为9；
（2）液氨是富氢物质，是氢能的理想载体，利用N₂+3H₂?2NH₃实现储氢和输氢．下列说法正确的是cd（填序号）；
a．NH₃分子中氮原子的轨道杂化方式为sp²杂化
b．NH₄⁺与PH₄⁺、CH₄、BH₄^-、C1O₄^-互为等电子体
c．相同压强时，NH₃的沸点比PH₃的沸点高    d．[Cu（NH₃）₄]²⁺中N原子是配位原子
Ⅱ．卤族元素的单质和化合物很多，我们可以利用所学物质结构与性质的相关知识去认识和理解它们．
（3）ClO₂^-中心氯原子的杂化轨道类型为sp³，写出一个ClO₂^-的等电子体Cl₂O或OF₂．
（4）已知高碘酸有两种形式，化学式分别为H₅IO₆和HIO₄，前者为五元酸，后者为一元酸．请比较二者酸性强弱：H₅IO₆＜HIO₄．（填“＞”、“＜”或“=”）
（5）碘在水中的溶解度虽然小，但在碘化钾溶液中溶解度却明显增大这是由于溶液中发生下列反应I^-+I₂=I₃^-．与KI₃类似的，还有CsICl₂等．已知CsICl₂不稳定，受热易分解，倾向于生成晶格能更大的物质，则它按下列A式发生．
A．CsICl₂=CsCl+ICl     B．CsICl₂=CsI+Cl₂
III．氯化钠是生活中的常用调味品，也是结构化学中研究离子晶体时常用的代表物，其晶胞结构如图所示；
（6）设氯化钠晶体中Na⁺与跟它最近邻的Cl^-之间的距离为r，则与该Na⁺次近邻的Cl^-的个数为8，该Na⁺与跟它次近邻的Cl^-之间的距离$\sqrt{3}$r；
（7）已知在氯化钠晶体中Na⁺的半径为a pm，Cl^-的半径为b pm，它们在晶体中是紧密接触的，则在氯化钠晶体中离子的空间利用率为$\frac{2π}{3}×\frac{（{a}^{3}+{b}^{3}）}{（a+b）^{3}}×100%$．

Answer 1

分析 （1）写出Ti²⁺核外电子排布式，判断其最高能层和该能层下的原子轨道数；
（2）a．根据价层电子对互斥理论确定杂化方式；
b．等电子体为原子数相等和价电子数相等的原子团；
c．分子间存在氢键的熔沸点高；
d．提供孤电子对的原子是配原子；
（3）根据价层电子对互斥理论确定其杂化类型；等电子体是具有相同的价电子数和相同原子数的微粒；
（4）根据含氧酸中，酸的元数取决于羟基氢的个数，含非羟基氧原子个数越多，酸性越强；
（5）离子晶体的晶格能与离子半径成反比，与离子所带电荷成正比；
（6）根据NaCl晶体结构判断：Na⁺位于顶点与它次近邻的Cl^-位于晶胞的体心位置，据此判断次近邻的Cl^-数目和距离；
（7）NaCl晶胞为面心立方密堆积，则晶胞的边长为（2a+2b）pm，计算出Na⁺和Cl^-所占体积和晶胞体积，从而计算出空间利用率．

解答 解：（1）基态Ti²⁺价电子排布式为：3d²，最高能层为M层，该能层下含有1个3s轨道、3个3p轨道和5个3d轨道，共有9个原子轨道，
故答案为：M；9；
（2）a．NH₃分子中N原子含有3个共用电子对和一个孤电子对，所以其价层电子对是4，采用sp³杂化，故a错误；
b．等电子体为原子数相等和价电子数相等的原子团，NH⁺₄与PH⁺₄、CH₄、BH^-₄均含有5个原子团，且价电子均为8，为等电子体，而ClO^-₄价电子数为32，不属于等电子体，故b错误；
c．分子间存在氢键的熔沸点高，相同压强时，氨气中含有氢键，PH₃中不含氢键，所以NH₃沸点比PH₃高，故c正确；
d．提供孤电子对的原子是配原子，[Cu（NH₃）₄]²⁺离子中，N原子提供孤对电子，N原子为配原子，故d正确；
故答案为：cd；  
（3）ClO₂^-中心氯原子的价层电子对个数n=$\frac{7+1}{2}$=4，属于sp³杂化；等电子体具有相同的电子数目和原子数目的微粒，所以与ClO₂^-互为等电子体的分子为Cl₂O、OF₂等；
故答案为：sp³；Cl₂O或OF₂；

（4）H₅IO₆（）中含有5个羟基氢，为五元酸，含非羟基氧原子1个，HIO₄为一元酸，含有1个羟基氢，含非羟基氧原子3个，所以酸性：H₅IO₆＜HIO₄，
故答案为：＜；
（5）离子晶体中离子电荷越多，半径越小离子键越强，离子晶体的晶格能越大，已知已知CsICl₂不稳定，受热易分解，倾向于生成晶格能更大的物质，所以发生的反应为CsICl₂=CsCl+ICl，
故答案为：A；
（6）Na⁺位于顶点，被8个晶胞共有，即Na⁺与跟它次近邻的Cl^-个数为8；Na⁺与跟它次近邻的Cl^-之间的距离为晶胞体对角线的一半，距离为$\sqrt{3}$r，
故答案为：8；$\sqrt{3}$r；
（7）晶胞中共含有4个Na⁺和4个Cl^-，体积为：$\frac{4}{3}$π（a³+b³）×4，晶胞的边长为a+b，晶胞体积为（2a+2b）³，氯化钠晶体中离子的空间利用率为：$\frac{\frac{4}{3}π（{a}^{3}+{b}^{3}）×4}{（2a+2b）^{3}}$=$\frac{2π}{3}×\frac{（{a}^{3}+{b}^{3}）}{（a+b）^{3}}×100%$，
故答案为：$\frac{2π}{3}×\frac{（{a}^{3}+{b}^{3}）}{（a+b）^{3}}×100%$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及核外电子排布、杂化方式的判断等知识点，题目难度中等．明确常见晶胞结构类型、杂化原理的熟练应用为解答关键．