Question

【題目】氨硼烷(NH3BH3)含氫量高、熱穩(wěn)定性好，是一種具有潛力的固體儲(chǔ)氫材料。回答下列問題：

(1)H、B、N中，原子半徑最大的是______。根據(jù)對(duì)角線規(guī)則，B的一些化學(xué)性質(zhì)與元素______的相似。

(2)NH3BH3分子中，N—B化學(xué)鍵稱為____鍵，其電子對(duì)由____提供。氨硼烷在催化劑作用下水解釋放氫氣：3NH3BH3+6H2O=3NH3++9H2，的結(jié)構(gòu)如圖所示：；在該反應(yīng)中，B原子的雜化軌道類型由______變?yōu)?/span>______。

(3)NH3BH3分子中，與N原子相連的H呈正電性(Hδ+)，與B原子相連的H呈負(fù)電性(Hδ-)，電負(fù)性大小順序是__________。與NH3BH3原子總數(shù)相等的等電子體是_________(寫分子式)，其熔點(diǎn)比NH3BH3____________(填“高”或“低”)，原因是在NH3BH3分子之間，存在____________________，也稱“雙氫鍵”。

(4)研究發(fā)現(xiàn)，氦硼烷在低溫高壓條件下為正交晶系結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)分別為a pm、b pm、c pm，α=β=γ=90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。

氨硼烷晶體的密度ρ=___________g·cm3(列出計(jì)算式，設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。

Answer 1

【答案】B Si(硅) 配位 N sp3 sp2 N＞H＞B CH3CH3 低 Hδ+與Hδ的靜電引力

【解析】

根據(jù)元素在周期表中的位置比較和判斷元素的相關(guān)性質(zhì)；根據(jù)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)確定其雜化軌道的類型；運(yùn)用等量代換的方法尋找等電子體；根據(jù)電負(fù)性對(duì)化合價(jià)的影響比較不同元素的電負(fù)性；根據(jù)晶胞的質(zhì)量和體積求晶體的密度。

(1)在所有元素中，H原子的半徑是最小的，同一周期從左到右，原子半徑依次減小，所以，H、B、N中原子半徑最大是B。B與Si在元素周期表中處于對(duì)角張的位置，根據(jù)對(duì)角線規(guī)則，B的一些化學(xué)性質(zhì)與Si元素相似。

(2)B原子最外層有3個(gè)電子，其與3個(gè)H原子形成共價(jià)鍵后，其價(jià)層電子對(duì)只有3對(duì)，還有一個(gè)空軌道；在NH3中，N原子有一對(duì)孤對(duì)電子，故在NH3BH3分子中，N—B鍵為配位鍵，其電子對(duì)由N原子提供。NH3BH3分子中，B原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，故其雜化方式為sp3。NH3BH3在催化劑的作用下水解生成氫氣和B3O63-，由圖中信息可知，B3O63-中每個(gè)B原子只形成3個(gè)σ鍵，其中的B原子的雜化方式為sp2，因此，B原子的雜化軌道類型由sp3變?yōu)?/span>sp2。

(3) NH3BH3分子中，與N原子相連的H呈正電性，說明N的電負(fù)性大于H；與B原子相連的H呈負(fù)電性，說明H的電負(fù)性大于B，因此3種元素電負(fù)性由大到小的順序?yàn)?/span>N＞H＞B。NH3BH3分子中有8個(gè)原子，其價(jià)電子總數(shù)為14，N和B的價(jià)電子數(shù)的平均值為4，依據(jù)等量代換的原則，可以找到其等電子體為CH3CH3。由于NH3BH3分子屬于極性分子，而CH3CH3屬于非極性分子，兩者相對(duì)分子質(zhì)量接近，但是極性分子的分子間作用力較大，故CH3CH3熔點(diǎn)比NH3BH3低。NH3BH3分子間存在“雙氫鍵”，類比氫鍵的形成原理，說明其分子間存在Hδ+與Hδ-的靜電引力。

(4)在氨硼烷的222的超晶胞結(jié)構(gòu)中，共有16個(gè)氨硼烷分子，晶胞的長(zhǎng)、寬、高分別為2apm、2bpm、2cpm，若將其平均分為8份可以得到8個(gè)小長(zhǎng)方體，則平均每個(gè)小長(zhǎng)方體中占有2個(gè)氨硼烷分子，小長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬、高分別為apm、bpm、cpm，則小長(zhǎng)方體的質(zhì)量為，小長(zhǎng)方體的體積為，因此，氨硼烷晶體的密度為gcm-3。