题目

题型：不详难度：来源：

由烷基镁热分解制得镁的氢化物。实验测定，该氢化物中氢的质量分数为7.6%，氢的密度为0.101 g cm^3，镁和氢的核间距为194.8 pm。已知氢原子的共价半径为37pm，Mg²⁺ 的离子半径为72 pm。
⑴ 写出该氢化物中氢的存在形式，并简述理由。                 
⑵ 将上述氢化物与金属镍在一定条件下用球磨机研磨，可制得化学式为Mg₂NiH₄的化合物。X-射线衍射分析表明，该化合物的立方晶胞的面心和顶点均被镍原子占据，所有镁原子的配位数都相等。推断镁原子在Mg₂NiH₄晶胞中的位置(写出推理过程)。      
⑶ 实验测定，上述Mg₂NiH₄晶体的晶胞参数为646.5 pm，计算该晶体中镁和镍的核间距。已知镁和镍的原子半径分别为159.9 pm和124.6 pm。             
⑷ 若以材料中氢的密度与液态氢密度之比定义储氢材料的储氢能力，计算Mg₂NiH₄的储氢能力（假定氢可全部放出；液氢的密度为0.0708 g·cm^-3）。

答案

⑴H^-
镁-氢间距离为194.8 pm，Mg²⁺离子半径为72 pm，则氢的半径为194.8 pm－72 pm ＝123 pm。此值远大于氢原子的共价半径, 这说明H原子以H^ 离子的形式存在。
⑵Mg原子与Ni原子数之比为2 : 1，故每个晶胞中含8个镁原子。所有镁原子的配位数相等，它们只能填入由镍原子形成的四面体空隙。
镁原子的位置用下列坐标参数：
1/4, 1/4, 1/4； 1/4, 1/4, 3/4； 3/4, 3/4, 1/4； 3/4, 3/4, 3/4；
1/4, 3/4, 1/4； 1/4, 3/4, 3/4； 3/4, 1/4, 1/4； 3/4, 1/4, 3/4。
⑶镁镍间的距离为
 
不能用原子半径相加计算镁-镍间的距离。
⑷储氢能力＝晶体的密度×氢的质量分数÷液氢密度
 
= 1.40
=" 1.4"

解析

⑴镁-氢间距离为194.8 pm，Mg²⁺离子半径为72 pm，则氢的半径为194.8 pm－72 pm ＝123 pm。此值远大于氢原子的共价半径, 这说明H原子以H^ 离子的形式存在。
⑵该晶体中，Ni原子按面心立方方式排列，该结构中原子数∶四面体空隙数∶八面体空隙数＝1∶2∶1，从Ni和Mg的配位数可知，Mg填入四面体空隙中。
⑶直接利用空间中两点间的距离计算公式，计算（0，0，0）和（1/4，1/4，1/4）两点间的距离。
⑷本题的核心在于检查学生晶体密度的计算公式的掌握及熟练程度，将数据带入公式，求得晶体的密度，乘于氢的质量分数求得储氢密度，最后与液氢的密度相比，求该材料的储氢能力。