Question

【題目】[化學(xué)——選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]氫化鋁鈉（NaAlH4）是一種新型輕質(zhì)儲(chǔ)氫材料，摻入少量Ti的NaAlH4在150℃時(shí)釋氫，在170℃、15.2MPa條件下又重復(fù)吸氫。NaAlH4可由AlCl3和NaH在適當(dāng)條件下合成。NaAlH4的晶胞結(jié)構(gòu)如右下圖所示。

（1）基態(tài)Ti原子的價(jià)電子軌道表示式為 。

（2）NaH的熔點(diǎn)為800℃，不溶于有機(jī)溶劑。NaH屬于 晶體，其電子式為 。

（3）AlCl3在178℃時(shí)升華，其蒸氣的相對(duì)分子質(zhì)量約為267，蒸氣分子的結(jié)構(gòu)式為 （標(biāo)明配位鍵）。

（4）AlH4－中，Al的軌道雜化方式為 ；例舉與AlH4－空間構(gòu)型相同的兩種離子 （填化學(xué)式）。

（5）NaAlH4晶體中，與Na+緊鄰且等距的AlH4－有 個(gè)；NaAlH4晶體的密度為 g·cm－3（用含a的代數(shù)式表示）。若NaAlH4晶胞底心處的Na+被Li+取代，得到的晶體為 （填化學(xué)式）。

（6）NaAlH4的釋氫機(jī)理為：每3個(gè)AlH4－中，有2個(gè)分別釋放出3個(gè)H原子和1個(gè)Al原子，同時(shí)與該Al原子最近鄰的Na原子轉(zhuǎn)移到被釋放的Al原子留下的空位，形成新的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)變化由表面層擴(kuò)展到整個(gè)晶體，從而釋放出氫氣。該釋氫過程可用化學(xué)方程式表示為 。

Answer 1

【答案】（1）

（2）離子；

（3）

（4）sp3 NH4+、BH4（或“SO42”“PO43” 等其他合理答案）

（5）8（或“ ”） Na3Li(AlH4)4

（6）3NaAlH4＝Na3AlH6+2Al+3H2↑

【解析】

試題分析：（1）Ti的原子序數(shù)為22，電子排布為1s22s22p63s23p63d24s2，價(jià)電子排布式為3d24s2，價(jià)電子軌道表示式為；

（2）NaH的熔點(diǎn)為800℃，不溶于有機(jī)溶劑，屬于離子晶體；NaH是離子化合物，電子式為；

（3）氯化鋁中鋁原子最外層電子只有3個(gè)電子，形成3個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)鋁原子和四個(gè)氯原子形成共價(jià)鍵，且其中一個(gè)共用電子對(duì)是氯原子提供形成的配位鍵，如圖；

（4）AlH4-中，Al的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+=4，所以Al原子為sp3雜化；等電子體的結(jié)構(gòu)相似，所以AlH4-空間構(gòu)型相同的兩種離子NH4+、BH4-（或“SO42-”“PO43-”）；

（5）以底面Na+離子研究，與之最近的AlH4-距離為anm，位于同一面的4個(gè)頂角以及其余4個(gè)側(cè)面的面心上，共有8個(gè)；根據(jù)均攤法可知，晶胞中鈉離子的個(gè)數(shù)為6×+4×=4，晶體的化學(xué)式為NaAlH4，所以晶胞中AlH4-的個(gè)數(shù)為4，該晶胞的質(zhì)量為g，該晶胞體積為2a3nm3=2a3×10-21cm3，則該晶胞的密度為。晶胞中AlH4-的個(gè)數(shù)為4，鈉離子的個(gè)數(shù)為4，若NaAlH4晶胞底心處的Na+被Li+取代，則晶胞中AlH4-的個(gè)數(shù)為4，鈉離子的個(gè)數(shù)為3，鋰離子的個(gè)數(shù)為1，晶體的化學(xué)式為：Na3Li(AlH4)4；

（6）NaAlH4的釋氫機(jī)理為：每3個(gè)AlH4-中，有2個(gè)分別釋放出3個(gè)H原子和1個(gè)Al原子，同時(shí)與該Al原子最近鄰的Na原子轉(zhuǎn)移到被釋放的Al原子留下的空位，即產(chǎn)物有Al、H2和AlH63-，方程式為3NaAlH4＝Na3AlH6+2Al+3H2↑。