Question

钒和镍及其化合物是重要合金材料和催化剂，其储氢合金可作为一种新型锌离子电池的负极材料，该电池以Zn(CF₃SO₃)₂为电解质，以有缺陷的阳离子型ZnMn₂O₄为电极，成功获得了稳定的大功率电流。

（1）基态钒原子的核外电子排布式为________，其排布时能量最高电子所占据能级的原子轨道有________个伸展方向。

（2）VO²⁺可与多种物质形成配合物，与氧同周期且第一电离能比氧大的主族元素有____(写元素符号)。

（3）镍形成的配离子[Ni（NH₃）₆]²⁺、[Ni(CN)₄]^2-中，NH₃分子的空间构型为_______，与CN^-互为等电子体的一种分子的化学式为__________。

（4）三氟甲磺酸(CF₃SO₃H)是一种有机强酸，结构式如图1所示，通常以CS₂、IF₃、H₂O₂等为主要原料来制取。

①H₂O₂分子中O原子的杂化方式为________。

②三氟甲磺酸能与碘苯反应生成三氟甲磺酸苯酯和碘化氢。1个三氟甲磺酸苯酯分子中含有σ键的数目为__________。

（5）硫化锌晶体的构型有多种，其中一种硫化锌的晶胞如图2所示，该晶胞中S^2-的配位数为____。

（6）镧镍合金是重要储氢材料，其储氢后的晶胞如图3所示。

①储氢前该镧镍合金的化学式为___________。

②该镧镍合金储氢后氢气的密度为________(用N_A表示阿伏加德罗常数的数值)g.cm^-3。

Answer

[Ar]3d34s2 5 N、F 三角锥形 N2或CO sp3 19 4 LaNi5

【解析】（1）基态钒原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2；其排布时能量最高的电子所占的能级为3d，3d原子轨道有5个伸展方向；正确答案：[Ar]3d34s2；5。

（2）氧原子在第二周期VIA族，同一周期从左向右，与氧同周期且第一电离能比氧大的主族元素有氮原子、氟原子；正确答案：N、F。

（3）氨气分子中氮原子价电子对数目为3+1/2×（5-1×3）=4，所以采用sp3，空间构型为三角锥形；与CN- 互为等电子体（电子数14）的一种分子的化学式为N2或CO；正确答案：三角锥形；N2或CO。

（4）①H2O2分子H-O-O-H，O原子成2个σ键，有2对孤对电子，原子杂化轨道数=δ键数+孤对电子对数=2+2=4，所以是sp3杂化；正确答案：sp3。

②根据该有机物的结构看出，1个分子中含有σ键有3个 C-F 键、1个C-S 键、2个 S=O 键、 1个 S-O键、1个C-0键、苯环上含有5个C-H键和6个 C-C 键，所以1个三氟甲磺酸苯酯分子中含有σ键的数目为19；正确答案：19。

（5）根据晶胞结构图，晶胞中含有S2-和Zn2+的配位数相等，晶体中与Zn2+最近且距离相等的S2-有4个，配位数为4；正确答案：4。

（6）①根据晶胞结构图，储氢前，晶胞中含有镧原子数=8×1/8=1, 镍原子数8×1/2+1=5，合金的化学式为LaNi5；正确答案：LaNi5。

②晶胞中氢气分子数目8×1/4+2×1/2=3.储氢后的合金化学式为LaNi5H6,储氢后1mol晶胞的体积为：(a×10-10)3×NA= a3×10-30 ×NAcm3,1mol晶胞中含有的氢气质量为6g，该镧镍合金储氢后的密度为：6÷（a3×10-30 NA）g/cm3；正确答案：6÷（a3×10-30 NA）。