Question

【題目】釩和鎳及其化合物是重要合金材料和催化劑，其儲氫合金可作為一種新型鋅離子電池的負極材料，該電池以Zn(CF3SO3)2為電解質，以有缺陷的陽離子型ZnMn2O4為電極，成功獲得了穩定的大功率電流。

（1）基態釩原子的核外電子排布式為________，其排布時能量最高電子所占據能級的原子軌道有________個伸展方向。

（2）VO2+可與多種物質形成配合物，與氧同周期且第一電離能比氧大的主族元素有____(寫元素符號)。

（3）鎳形成的配離子[Ni（NH3）6]2+、[Ni(CN)4]2-中，NH3分子的空間構型為_______，與CN-互為等電子體的一種分子的化學式為__________。

（4）三氟甲磺酸(CF3SO3H)是一種有機強酸，結構式如圖1所示，通常以CS2、IF3、H2O2等為主要原料來制取。

①H2O2分子中O原子的雜化方式為________。

②三氟甲磺酸能與碘苯反應生成三氟甲磺酸苯酯和碘化氫。1個三氟甲磺酸苯酯分子中含有σ鍵的數目為__________。

（5）硫化鋅晶體的構型有多種，其中一種硫化鋅的晶胞如圖2所示，該晶胞中S2-的配位數為____。

（6）鑭鎳合金是重要儲氫材料，其儲氫后的晶胞如圖3所示。

①儲氫前該鑭鎳合金的化學式為___________。

②該鑭鎳合金儲氫后氫氣的密度為________(用NA表示阿伏加德羅常數的數值)g.cm-3。

Answer 1

【答案】 [Ar]3d34s2 5 N、F 三角錐形 N2或CO sp3 19 4 LaNi5

【解析】（1）基態釩原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2；其排布時能量最高的電子所占的能級為3d，3d原子軌道有5個伸展方向；正確答案：[Ar]3d34s2；5。

（2）氧原子在第二周期VIA族，同一周期從左向右，與氧同周期且第一電離能比氧大的主族元素有氮原子、氟原子；正確答案：N、F。

（3）氨氣分子中氮原子價電子對數目為3+1/2×（5-1×3）=4，所以采用sp3，空間構型為三角錐形；與CN-互為等電子體（電子數14）的一種分子的化學式為N2或CO；正確答案：三角錐形；N2或CO。

（4）①H2O2分子H-O-O-H，O原子成2個σ鍵，有2對孤對電子，原子雜化軌道數=δ鍵數+孤對電子對數=2+2=4，所以是sp3雜化；正確答案：sp3。

②根據該有機物的結構看出，1個分子中含有σ鍵有3個 C-F 鍵、1個C-S 鍵、2個 S=O 鍵、 1個 S-O鍵、1個C-0鍵、苯環上含有5個C-H鍵和6個 C-C 鍵，所以1個三氟甲磺酸苯酯分子中含有σ鍵的數目為19；正確答案：19。

（5）根據晶胞結構圖，晶胞中含有S2-和Zn2+的配位數相等，晶體中與Zn2+最近且距離相等的S2-有4個，配位數為4；正確答案：4。

（6）①根據晶胞結構圖，儲氫前，晶胞中含有鑭原子數=8×1/8=1, 鎳原子數8×1/2+1=5，合金的化學式為LaNi5；正確答案：LaNi5。

②晶胞中氫氣分子數目8×1/4+2×1/2=3.儲氫后的合金化學式為LaNi5H6,儲氫后1mol晶胞的體積為：(a×10-10)3×NA= a3×10-30 ×NAcm3,1mol晶胞中含有的氫氣質量為6g，該鑭鎳合金儲氫后的密度為：6÷（a3×10-30 NA）g/cm3；正確答案：6÷（a3×10-30 NA）。