Question

7．氫能是一種潔凈的可再生能源，制備和儲存氫氣是氫能開發(fā)的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)．
Ⅰ氫氣的制取
（1）水是制取氫氣的常見原料，下列說法正確的是AB（填序號）．
A．H₃O⁺的空間構(gòu)型為三角錐形
B．水的沸點(diǎn)比硫化氫高
C．冰晶體中，1mol水分子可形成4mol氫鍵
（2）科研人員研究出以鈦酸鍶為電極的光化學(xué)電池，用紫外線照射鈦酸鍶電極，使水分解產(chǎn)生氫氣．已知鈦酸鍶晶胞結(jié)構(gòu)如圖1，則其化學(xué)式為SrTiO₃．

Ⅱ氫氣的存儲
（3）Ti（BH₄）₂是一種儲氫材料．
①Ti原子在基態(tài)時(shí)的核外電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²或[Ar]3d²4s²．
②Ti（BH₄）₂可由TiCl₄和LiBH₄反應(yīng)制得，TiCl₄ 熔點(diǎn)-25.0℃，沸點(diǎn)136.94℃，常溫下是無色液體，則TiCl₄晶體類型為分子晶體．
（4）最近尼赫魯先進(jìn)科學(xué)研究中心借助ADF軟件對一種新型環(huán)烯類儲氫材料（C₁₆S₈）進(jìn)行研究，從理論角度證明這種分子中的原子都處于同一平面上（結(jié)構(gòu)如圖2所示），每個(gè)平面上下兩側(cè)最多可儲存10個(gè)H₂分子．
①元素電負(fù)性大小關(guān)系是：C＜S（填“＞”、“=”或“＜”）．
②分子中C原子的雜化軌道類型為sp²．
③有關(guān)鍵長數(shù)據(jù)如下：

	C-S	C═S	C16S8中碳硫鍵
鍵長/pm	181	155	176

從表中數(shù)據(jù)可以看出，C₁₆S₈中碳硫鍵鍵長介于C-S與C═S之間，原因可能是：分子中的C與S原子之間有π鍵或分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)．
④C₁₆S₈與H₂微粒間的作用力是范德華力．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）A．水合氫離子中氧原子含有3個(gè)δ鍵和1個(gè)孤電子對，所以其采用sp³雜化，空間構(gòu)型為三角錐形；
B．O的電負(fù)性較大，對應(yīng)的氫化物可形成氫鍵，沸點(diǎn)較高；
C．在冰晶體中，每個(gè)水分子與相鄰的4個(gè)水分子形成氫鍵，利用均攤法計(jì)算；
（2）利用均攤法計(jì)算該晶胞中含有的原子個(gè)數(shù)，從而確定其化學(xué)式；
Ⅱ．（3）①處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子，基態(tài)電子排布遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特規(guī)則，Ti元素為22號元素，原子核外有22個(gè)電子，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫；
②TiCl₄在通常情況下是無色液體，熔點(diǎn)為-37℃，沸點(diǎn)為136.94℃，根據(jù)其物理性質(zhì)來判斷晶體類型；
（4）①一般來說，周期表從左到右，元素的電負(fù)性逐漸變大；周期表從上到下，元素的電負(fù)性逐漸變�。�電負(fù)性大的元素集中在元素周期表的右上角，電負(fù)性小的元素集中在左下角；
②對于有機(jī)物利用雜化軌道數(shù)=孤對電子對數(shù)+σ鍵數(shù)進(jìn)行判斷；當(dāng)n=2，sp雜化；n=3，sp²雜化；n=4，sp³雜化；
③根據(jù)鍵長數(shù)據(jù)分析；
④分子與分子間的作用力為分子間作用力．

解答 解：I．（1）A．水合氫離子中，價(jià)層電子對數(shù)=3+$\frac{1}{2}$（6-1-3×1）=4，且含有一個(gè)孤電子對，所以其空間構(gòu)型是三角錐型，故A正確；
B．氫鍵廣泛存在于非金屬性較強(qiáng)的元素F、O、N等元素形成的含氫化合物中，水分子間存在氫鍵，所以其沸點(diǎn)比硫化氫高，故B正確；
C．在冰晶體中，每個(gè)水分子與相鄰的4個(gè)水分子形成氫鍵，每1個(gè)水分子平均形成2個(gè)氫鍵，故C錯(cuò)誤；
故答案為：AB；
（2）該晶胞中Ti原子個(gè)數(shù)為1，O原子個(gè)數(shù)6×$\frac{1}{2}$=3，Sr原子的個(gè)數(shù)為8×$\frac{1}{8}$=1，所以化學(xué)式為SrTiO₃，
故答案為：SrTiO₃；
Ⅱ．（3）①Ti的原子序數(shù)為22，位于第四周期第Ⅳ_B族，最后填充d電子，電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²或[Ar]3d²4s²；
②TiCl₄在通常情況下是無色液體，熔點(diǎn)為-37℃，沸點(diǎn)為136.94℃，由此可判斷 TiCl₄是由共價(jià)鍵結(jié)合的分子，晶體類型屬于分子晶體，
故答案為：分子晶體；
（4）①元素周期表中同周期元素從左到右元素的電負(fù)性逐漸增強(qiáng)，同主族元素從上到下元素的電負(fù)性逐漸減弱，所以元素的電負(fù)性是指元素的原子在化合物中把電子吸引向自己的本領(lǐng)，元素的非金屬性強(qiáng)者電負(fù)性大，其單質(zhì)的最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性越強(qiáng)，H₂CO₃的酸性遠(yuǎn)不及H₂SO₄的酸性強(qiáng)，所以元素電負(fù)性C略小于S，
故答案為：＜；
②根據(jù)圖2結(jié)構(gòu)可知：碳原子形成2個(gè)C-S，1個(gè)C=S二鍵，C原子雜化軌道數(shù)為（2+1）=3，C原子采取sp²雜化方式，
故答案為：sp²；
③C-S鍵長為181pm，C=S鍵長為155pm，C₁₆S₈中碳硫鍵鍵長為176pm，鍵長介于C-S與C=S之間，原因可能是：分子中的C與S原子之間有π鍵或分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)，
故答案為：分子中的C與S原子之間有π鍵或分子中的碳硫鍵具有一定程度的雙鍵性質(zhì)；
④分子之間存在范德華力，C₁₆S₈與H₂微粒間的作用力是范德華力，
故答案為：范德華力．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及分子的立體構(gòu)型、晶胞結(jié)構(gòu)、原子在基態(tài)時(shí)的核外電子排布、氫鍵、雜化等知識點(diǎn)，題目難度中等，注意雜化軌道數(shù)判斷，為高頻考點(diǎn)．