Question

(9分) 由烷基鎂熱分解制得鎂的氫化物。實驗測定，該氫化物中氫的質量分數為7.6%，氫的密度為0.101 g cm^3，鎂和氫的核間距為194.8 pm。已知氫原子的共價半徑為37pm，Mg²⁺ 的離子半徑為72 pm。

8-1 寫出該氫化物中氫的存在形式，并簡述理由。                  

8-2 將上述氫化物與金屬鎳在一定條件下用球磨機研磨，可制得化學式為Mg₂NiH₄的化合物。X-射線衍射分析表明，該化合物的立方晶胞的面心和頂點均被鎳原子占據，所有鎂原子的配位數都相等。推斷鎂原子在Mg₂NiH₄晶胞中的位置(寫出推理過程)。       

8-3 實驗測定，上述Mg₂NiH₄晶體的晶胞參數為646.5 pm，計算該晶體中鎂和鎳的核間距。已知鎂和鎳的原子半徑分別為159.9 pm和124.6 pm。             

8-4 若以材料中氫的密度與液態氫密度之比定義儲氫材料的儲氫能力，計算Mg₂NiH₄的儲氫能力（假定氫可全部放出；液氫的密度為0.0708 g cm^3）。

Answer 1

8-1 寫出該氫化物中氫的存在形式，并簡述理由。                  

H^-                                                                (1分)

鎂-氫間距離為194.8 pm，Mg²⁺離子半徑為72 pm，則氫的半徑為194.8 pm－72 pm ＝123 pm。此值遠大于氫原子的共價半徑, 這說明H原子以H^ 離子的形式存在。(1分)

8-2 將上述氫化物與金屬鎳在一定條件下用球磨機研磨，可制得化學式為Mg₂NiH₄的化合物。X-射線衍射分析表明，該化合物的立方晶胞的面心和頂點均被鎳原子占據，所有鎂原子的配位數都相等。推斷鎂原子在Mg₂NiH₄晶胞中的位置(寫出推理過程)。       

Mg原子與Ni原子數之比為2 : 1，故每個晶胞中含8個鎂原子。所有鎂原子的配位數相等，它們只能填入由鎳原子形成的四面體空隙。                      (3分)

鎂原子的位置用下列坐標參數表示也得3分：

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。

      坐標錯一組，扣0.5分，不得負分。

其他答案不得分。

8-3 實驗測定，上述Mg₂NiH₄晶體的晶胞參數為646.5 pm，計算該晶體中鎂和鎳的核間距。已知鎂和鎳的原子半徑分別為159.9 pm和124.6 pm。             

鎂鎳間的距離為

                      (2分)

算式及答案皆正確（包括單位）得2分； 算式對但結果錯；只得1分；結果中數對但單位錯，得1.5分。用原子半徑相加計算鎂-鎳間的距離，不得分。

8-4 若以材料中氫的密度與液態氫密度之比定義儲氫材料的儲氫能力，計算Mg₂NiH₄的儲氫能力（假定氫可全部放出；液氫的密度為0.0708 g cm^3）。

儲氫能力＝晶體的密度×氫的質量分數÷液氫密度

              (2分)

     = 1.40

= 1.4

   算法及結果皆正確得2分；算法（式）正確但結果錯得1分；無過程不得分。

只有結果但無算式，不得分。

氫的原子量取1不取1.008，算出結果1.39，只得1.5分。