Question

【題目】氨硼烷(NH3BH3)含氫量高、熱穩定性好，是一種具有潛力的固體儲氫材料。回答下列問題：

(1)H、B、N中，原子半徑最大的是______。根據對角線規則，B的一些化學性質與元素______的相似。

(2)NH3BH3分子中，N—B化學鍵稱為____鍵，其電子對由____提供。氨硼烷在催化劑作用下水解釋放氫氣：3NH3BH3+6H2O=3NH3++9H2，的結構如圖所示：；在該反應中，B原子的雜化軌道類型由______變為______。

(3)NH3BH3分子中，與N原子相連的H呈正電性(Hδ+)，與B原子相連的H呈負電性(Hδ-)，電負性大小順序是__________。與NH3BH3原子總數相等的等電子體是_________(寫分子式)，其熔點比NH3BH3____________(填“高”或“低”)，原因是在NH3BH3分子之間，存在____________________，也稱“雙氫鍵”。

(4)研究發現，氦硼烷在低溫高壓條件下為正交晶系結構，晶胞參數分別為a pm、b pm、c pm，α=β=γ=90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞結構如圖所示。

氨硼烷晶體的密度ρ=___________g·cm3(列出計算式，設NA為阿伏加德羅常數的值)。

Answer 1

【答案】B Si(硅) 配位 N sp3 sp2 N＞H＞B CH3CH3 低 Hδ+與Hδ的靜電引力

【解析】

根據元素在周期表中的位置比較和判斷元素的相關性質；根據中心原子的價層電子對數確定其雜化軌道的類型；運用等量代換的方法尋找等電子體；根據電負性對化合價的影響比較不同元素的電負性；根據晶胞的質量和體積求晶體的密度。

(1)在所有元素中，H原子的半徑是最小的，同一周期從左到右，原子半徑依次減小，所以，H、B、N中原子半徑最大是B。B與Si在元素周期表中處于對角張的位置，根據對角線規則，B的一些化學性質與Si元素相似。

(2)B原子最外層有3個電子，其與3個H原子形成共價鍵后，其價層電子對只有3對，還有一個空軌道；在NH3中，N原子有一對孤對電子，故在NH3BH3分子中，N—B鍵為配位鍵，其電子對由N原子提供。NH3BH3分子中，B原子的價層電子對數為4，故其雜化方式為sp3。NH3BH3在催化劑的作用下水解生成氫氣和B3O63-，由圖中信息可知，B3O63-中每個B原子只形成3個σ鍵，其中的B原子的雜化方式為sp2，因此，B原子的雜化軌道類型由sp3變為sp2。

(3) NH3BH3分子中，與N原子相連的H呈正電性，說明N的電負性大于H；與B原子相連的H呈負電性，說明H的電負性大于B，因此3種元素電負性由大到小的順序為N＞H＞B。NH3BH3分子中有8個原子，其價電子總數為14，N和B的價電子數的平均值為4，依據等量代換的原則，可以找到其等電子體為CH3CH3。由于NH3BH3分子屬于極性分子，而CH3CH3屬于非極性分子，兩者相對分子質量接近，但是極性分子的分子間作用力較大，故CH3CH3熔點比NH3BH3低。NH3BH3分子間存在“雙氫鍵”，類比氫鍵的形成原理，說明其分子間存在Hδ+與Hδ-的靜電引力。

(4)在氨硼烷的222的超晶胞結構中，共有16個氨硼烷分子，晶胞的長、寬、高分別為2apm、2bpm、2cpm，若將其平均分為8份可以得到8個小長方體，則平均每個小長方體中占有2個氨硼烷分子，小長方體的長、寬、高分別為apm、bpm、cpm，則小長方體的質量為，小長方體的體積為，因此，氨硼烷晶體的密度為gcm-3。