Question

12．鈦、鉻、鐵、鎳、銅等金屬及其化合物在工業(yè)上有重要用途．
（1）鈦鐵合金是鈦系儲(chǔ)氫合金的代表，該合金具有放氫溫度低、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)．
①Ti的基態(tài)原子價(jià)電子排布式為3d²4s²．
②Fe的基態(tài)原子共有7種不同能級(jí)的電子．
（2）制備CrO₂Cl₂的反應(yīng)為K₂Cr₂O₇+3CCl₄═2KCl+2CrO₂Cl₂+3COCl₂↑．
①上述化學(xué)方程式中非金屬元素電負(fù)性由大到小的順序是O＞Cl＞C（用元素符號(hào)表示）．
②COCl₂分子中所有原子均滿足8電子構(gòu)型，COCl₂分子中σ鍵和π鍵的個(gè)數(shù)比為3：1，中心原子的雜化方式為sp²．
（3）NiO、FeO的晶體結(jié)構(gòu)均與氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)相同，其中Ni²⁺和Fe²⁺的離子半徑分別為6.9×10^-2 nm和7.8×10^-2 nm．則熔點(diǎn)：NiO＞（填“＞”、“＜”或“=”）FeO．
（4）Ni和La的合金是目前使用廣泛的儲(chǔ)氫材料，具有大容量、高壽命、耐低溫等特點(diǎn)，在日本和中國(guó)已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化．該合金的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示．
①該晶體的化學(xué)式為L(zhǎng)aNi₅．
②已知該晶胞的摩爾質(zhì)量為M g•mol^-1，密度為d g•cm^-3．設(shè)N_A為阿伏加德羅常數(shù)的值，則該晶胞的體積是$\frac{M}{{{N_A}•d}}$ cm³（用含M、d、N_A的代數(shù)式表示）．
③該晶體的內(nèi)部具有空隙，且每個(gè)晶胞的空隙中儲(chǔ)存6個(gè)氫原子比較穩(wěn)定．已知：a=511pm，c=397pm；標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的密度為8.98×10^-5g•cm^-3；儲(chǔ)氫能力=$\frac{儲(chǔ)氫后氫氣的密度}{標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的密度}$．若忽略吸氫前后晶胞的體積變化，則該儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫能力為1236．

Answer 1

分析 （1）①Ti是22號(hào)元素，根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律排布；
②Fe是26號(hào)元素，原子核外有spd等能級(jí)；
（2）①反應(yīng)式中非金屬元素有三種：O、C、Cl，結(jié)合化合物CCl₄、NaClO中元素化合價(jià)判斷；
②根據(jù)1個(gè)單鍵是1個(gè)δ鍵，1個(gè)雙鍵中含有1個(gè)δ鍵，1個(gè)π鍵以及COCl₂分子的結(jié)構(gòu)式來(lái)解答；
（3）離子晶體的熔點(diǎn)與離子鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高；
（4）①根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中實(shí)際含有的原子個(gè)數(shù)，確定化學(xué)式；
②根據(jù)一個(gè)晶胞的質(zhì)量m=ρv計(jì)算；
③根據(jù)儲(chǔ)氫能力=$\frac{儲(chǔ)氫后氫氣的密度}{標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的密度}$計(jì)算．

解答 解：（1）①Ti是22號(hào)元素，位于元素周期表中第四周期第IVB族，故Ti的基態(tài)原子價(jià)電子排布式為 3d²4s²，故答案為：3d²4s²；
②Fe是26號(hào)元素，原子核外有1s、2s、3s、4s、2p、3p、3d等7個(gè)能級(jí)，故答案為：7；
（2）①反應(yīng)式中非金屬元素有三種：O、C、Cl，CCl₄中C表現(xiàn)正化合價(jià)、Cl表現(xiàn)負(fù)化合價(jià)，CrO₂Cl₂中Cl為+1價(jià)，O為-2價(jià)，電負(fù)性越大，對(duì)鍵合電子吸引力越大，元素相互化合時(shí)該元素表現(xiàn)負(fù)價(jià)，故電負(fù)性：O＞Cl＞C，故答案為：O＞Cl＞C；
②COCl₂分子中有1個(gè)C=O鍵和2個(gè)C-Cl鍵，所以COCl₂分子中σ鍵的數(shù)目為3，π鍵的數(shù)目為1，個(gè)數(shù)比3：1，中心原子C電子對(duì)數(shù)=3+$\frac{4-1×2-2}{2}$=3，故中心原子雜化方式為sp²，故答案為：3：1；sp²；
（3）Ni0、Fe0的晶體結(jié)構(gòu)類型均與氯化鈉的相同，說(shuō)明二者都是離子晶體，離子晶體的熔點(diǎn)與離子鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高．由于Ni²⁺的離子半徑小于Fe²⁺的離子半徑，屬于熔點(diǎn)是NiO＞FeO，故答案為：＞；
（4）①該合金的晶胞如圖所示，晶胞中心有一個(gè)鎳原子，其他8個(gè)鎳原子都在晶胞面上，鑭原子都在晶胞頂點(diǎn)，所以晶胞實(shí)際含有的鎳原子為1×1+$\frac{1}{2}$×8=5，晶胞實(shí)際含有的鑭原子為8×$\frac{1}{8}$=1，所以晶體的化學(xué)式LaNi₅，故答案為：LaNi₅；
②一個(gè)晶胞的質(zhì)量m=$\frac{M}{N{\;}_{A}}$，根據(jù)m=ρv，即v=$\frac{M}{{{N_A}•d}}$，故答案為：$\frac{M}{{{N_A}•d}}$；
③LaNi₅合金儲(chǔ)氫后的密度ρ=$\frac{m（晶胞中的H）}{V（晶胞）}$=$\frac{1×6}{{N}_{A}×（511×10{\;}^{-10}）{\;}^{2}×sin60°×397×1{0}^{-10}}$=0.111g•cm^-3，由定義式可知儲(chǔ)氫能力=$\frac{0.111g•cm{\;}^{-3}}{8.98×10{\;}^{-5}g•cm{\;}^{-3}}$≈1236，故答案為：1236．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合性較強(qiáng)，考查了晶胞的計(jì)算、化學(xué)鍵、核外電子排布、電離能和電負(fù)性的含義及應(yīng)用，難度較大．