Question

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。

Ⅰ.化合物A(H₃BNH₃)是一种潜在的储氢材料，可由六元环状物质(HB=NH)₃通过如下反应制得：3CH₄+2(HB=NH)₃+6H₂O=3CO₂+6H₃BNH₃

请回答下列问题：

（1）基态B原子的价电子排布式为___，B、C、N、O第一电离能由大到小的顺序为___，CH₄、H₂O、CO₂的键角按照由大到小的顺序排列为___。

（2）与(HB=NH)₃互为等电子体的有机分子为___(填分子式)。

Ⅱ.氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键。

（1）印度尼赫鲁先进科学研究中心的Datta和Pati等人借助ADF软件对一种新型环烯类储氢材料(C₁₆S₈)进行研究，从理论角度证明这种材料的分子呈平面结构(如图1)，每个杂环平面上下两侧最多可吸附10个H₂分子。

①C₁₆S₈分子中C原子和S原子的杂化轨道类型分别为___。

②相关键长数据如表所示：

化学键	C—S	C=S	C16S8中碳硫键
键长/pm	181	155	176

从表中数据可以看出，C₁₆S₈中碳硫键键长介于C—S键与C=S键之间，原因可能是___。

③C₁₆S₈与H₂微粒间的作用力是___。

（2）具有储氢功能的铜合金晶体具有立方最密堆积的结构，晶胞中Cu原子位于面心，Ag原子位于顶点，氢原子可进入到由Cu原子与Ag原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Ag原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF₂(晶胞结构如图2)相似，该晶体储氢后的化学式为___。

（3）MgH₂是金属氢化物储氢材料，其晶胞如图3所示，已知该晶体的密度为ag·cm^-3，则晶胞的体积为___cm³(用含a、N_A的代数式表示，N_A表示阿伏加德罗常数的值)。

Answer

2s22p1 N>O>C>B CO2>CH4>H2O C6H6 sp2、sp3 C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质 范德华力 Cu3AgH8

【解析】

Ⅰ. (1) 基态B原子的价电子为其2s、2p能级上的电子，根据构造原理书写该原子价电子排布式；同一周期元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但是第IIA族、第V A族第一电离能大于其相邻元素；CH4、H2O、CO2的空间构型分别是正四面体、V形、直线形，排斥力：孤电子对之间的排斥力>孤电子对和成键电子对之间的排斥力>成键电子对之间的排斥力；

(2)与(HB=NH) 3互为等电子体分子中含有12个原子、价电子数是30；

II. (1) ①C16S8分子中C原子和S原子的价层电子对个数分别是3、4，根据价层电子对互斥理论判断原子杂化类型；

②C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质；

③分子之间存在分子间作用力；

(2) 铜原子数＝6×＝3，银原子数＝8×＝1，H原子个数为8；

(3) 该晶胞中Mg原子数＝8×＋1＝2，H原子数＝2＋4×＝4，则该晶胞中含2个MgH2，晶胞体积=。

Ⅰ(1).基态B原子的价电子排布式为2s22p1；一般情况下，同周期主族元素从左到右元素的第一电离能呈增大趋势，但是由于N原子的2p轨道上的电子处于半充满的稳定状态，所以其第一电离能比O原子的大，因此，元素第一电离能由大到小的顺序为N>O>C>B；CH4是正四面体形分子，键角为109°28′，H2O是V形分子，键角为105°，CO2是直线形分子，键角为180°，因此三者键角按照由大到小的顺序排列为CO2>CH4>H2O；故答案为：2s22p1；N>O>C>B；CO2>CH4>H2O；

(2).与(HB=NH)3互为等电子体的有机分子为C6H6，故答案为C6H6；

Ⅱ(1).①根据图1可知，C原子采取sp2杂化，S原子采取sp3杂化，故答案为：sp2、sp3；

②C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质，从而导致C16S8中碳硫键键长介于C—S键与C===S键之间；故答案为：C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质；

③C16S8与H2微粒间的作用力为范德华力，故答案为：范德华力；

(2).根据题意知，该晶胞中铜原子数＝6×＝3，银原子数＝8×＝1，氢原子可进入到由Cu原子与Ag原子构成的四面体空隙中，则H原子位于该晶胞内部，储氢后该晶胞中含有8个H，则该晶体储氢后的化学式为Cu3AgH8，故答案为：Cu3AgH8；

(3).该晶胞中Mg原子数＝8×＋1＝2，H原子数＝2＋4×＝4，则该晶胞中含2个MgH2，该晶胞的体积V＝cm3；故答案为：。