Question

13．2015年8月28日，由中國(guó)稀土行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)氫材料分會(huì)主辦的“2015中國(guó)稀土儲(chǔ)氫論壇”在山東省棗莊召開(kāi)，與會(huì)代表共同研究解決儲(chǔ)氫合金產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過(guò)程中存在的各類問(wèn)題，為儲(chǔ)氫材料未來(lái)的發(fā)展尋求創(chuàng)新之路．鈦（Ti）、釩（V）、鎳（Ni）、鑭（La）等在儲(chǔ)氫材料方面具有廣泛的用途．
下面是一些晶體材料的結(jié)構(gòu)示意圖．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）寫(xiě)出鎳原子的核外電子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²．
（2）鈦金屬晶體的原子堆積方式如圖1所示，則每個(gè)鈦原子周圍有12個(gè)緊鄰的鈦原子．
（3）鑭系合金是稀土系儲(chǔ)氫合金的典型代表．某合金儲(chǔ)氫后的晶胞如圖2所示，該合金的化學(xué)式為L(zhǎng)aNi₅，1mol鑭形成的該合金能儲(chǔ)存3mol氫氣．
（4）嫦娥三號(hào)衛(wèi)星上的PTC元件（熱敏電阻）的主要成分--鋇鈦礦晶體結(jié)構(gòu)如圖3所示，該晶體經(jīng)X射線分析鑒定，重復(fù)單位為立方體，邊長(zhǎng)為acm．頂點(diǎn)位置被Ti⁴⁺所占據(jù)，體心位置被Ba²⁺所占據(jù)，所有棱心位置被O^2-所占據(jù)．
①該晶體中的O元素與氫形成的化合物的中心原子的雜化類型為sp³，其分子空間構(gòu)型為V形．
②該晶體中的O元素與其同周期左右相鄰的元素第一電離能由大到小的順序是F＞N＞O，電負(fù)性由小到大的順序是N＜O＜F．
③寫(xiě)出該晶體的化學(xué)式：BaTiO₃．
④若該晶體的密度為ρg/cm³，阿伏加德羅常數(shù)的值為N_A，則a=$\root{3}{\frac{233}{ρ{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）Ni原子核外電子數(shù)為28，根據(jù)能量最低原理書(shū)寫(xiě)核外電子排布式；
（2）由鈦晶體的原子堆積方式可知，屬于六方最密堆積；
（3）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中La、Ni原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式；計(jì)算晶胞中氫氣分子數(shù)目，結(jié)合晶胞中La與氫氣分子數(shù)目之比計(jì)算1mol鑭形成的該合金能儲(chǔ)存氫氣物質(zhì)的量；
（4）①該晶體中的O元素與H形成的簡(jiǎn)單化合物為H₂O，O原子形成2個(gè)O-H鍵，含有2對(duì)孤對(duì)電子；
②原子的得電子能力越強(qiáng)，其電負(fù)性的數(shù)值越大；同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，據(jù)此判斷第一電離能大小順序；
③根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中O、Ti、Ba原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式；
④結(jié)合晶胞含有原子數(shù)目計(jì)算晶胞質(zhì)量，再根據(jù)V=$\frac{m}{ρ}$計(jì)算晶胞體積，晶胞邊長(zhǎng)=$\root{3}{{V}_{晶胞}}$．

解答 解：（1）Ni原子核外電子數(shù)為28，根據(jù)能量最低原理，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²；
（2）由鈦晶體的原子堆積方式可知，屬于六方最密堆積，原子配位數(shù)為12，即每個(gè)鈦原子周圍有12個(gè)緊鄰的鈦原子，
故答案為：12；
（3）算晶胞中La原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1、Ni原子數(shù)目=1+8×$\frac{1}{2}$=5，故合金的化學(xué)式為L(zhǎng)aNi₅，晶胞中氫氣分子數(shù)目為2×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{4}$=3，1mol鑭形成的該合金能儲(chǔ)存氫氣物質(zhì)的量為3mol，
故答案為：LaNi₅；3；
（4）①該晶體中的O元素與H形成的簡(jiǎn)單化合物為H₂O，O原子形成2個(gè)O-H鍵，含有2對(duì)孤對(duì)電子，氧原子采取sp³雜化，空間構(gòu)型為V形，
故答案為：sp³；V形；
②元素原子的得電子能力越強(qiáng)，則電負(fù)性越大，所以F＞O＞N＞C；
同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，C、N、O元素處于同一周期且原子序數(shù)逐漸增大，N處于第VA族，所以第一電離能F＞N＞O＞C，故答案為：F＞N＞O； N＜O＜F；
③晶胞中O氧原子數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$=3、Ti原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1、Ba原子數(shù)目1，故化學(xué)式為：BaTiO₃，
故答案為：BaTiO₃；
④晶胞質(zhì)量=$\frac{137+48+16×3}{{N}_{A}}$g，晶體的密度為ρg/cm³，則晶胞邊長(zhǎng)=$\root{3}{\frac{\frac{233}{{N}_{A}}g}{ρg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{233}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\root{3}{\frac{233}{ρ{N}_{A}}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式與空間構(gòu)型判斷、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，注意理解金屬晶體的堆積方式，對(duì)學(xué)生的空間想象有一定的要求，難度中等．