Question

【題目】鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，制備金屬鈦的一種流程如下：

回答下列問題：

（1）基態(tài)鈦原子的價電子排布圖為___________________，其原子核外共有_____種運動狀態(tài)不相同的電子。金屬鈦晶胞如下圖2所示，為________________堆積（填堆積方式）。

（2）根據(jù)價層電子互斥理論，價層電子對之間的斥力大小有如下順序：l－l >> l－b > b－b（l為孤對電子對，b為鍵合電子對），則關(guān)于H2O中的H－O－H鍵角可得出的結(jié)論是________。

A．180° B．接近120°，但小于120°

C．接近120°，但大于120° D．接近109°28’，但小于109°28’

（3）已知TiCl4在通常情況下是無色液體，熔點為–37℃，沸點為136℃，可知TiCl4為______晶體。

（4）納米TiO2是一種應(yīng)用廣泛的催化劑，其催化的一個實例如下圖1。化合物乙的沸點明顯高于化合物甲，主要原因是___________________________。化合物乙中采取sp3雜化的原子的第一電離能由大到小的順序為__________________。

圖1 圖2

（5）鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)如右圖所示。鈦離子位于立方晶胞的角頂，被_______個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被__________個氧離子包圍。鈣鈦礦晶體的化學(xué)式為_______。若該晶胞的邊長為a pm，則鈣鈦礦晶體的密度為______________g.cm-3（只要求列算式，不必計算出數(shù)值）。

Answer 1

【答案】 22 六方最密 D 分子 化合物乙分子間形成氫鍵 N＞O＞C 6 12 CaTiO3

【解析】（1）鈦為22號元素，基態(tài)電子排布式為：[Ar]3d24s2，則基態(tài)鈦原子的價電子排布圖為。基態(tài)原子不可能存在運動狀態(tài)相同的電子，所以Ti有22個不同運動狀態(tài)的電子。圖2的堆積方式對應(yīng)的是六方最密堆積。

（2）H2O中的O原子為sp3雜化，所以∠H-O-H應(yīng)該接近109°28′，根據(jù)價層電子對之間的斥力大小順序：l-l>>l-b>b-b（l為孤對電子對，b為鍵合電子對），∠H-O-H的兩個電子對都是鍵合電子對，所以斥力最小，應(yīng)有∠H-O-H<109°28′，選項D正確，

（3）因TiCl4在常溫下是無色液體，熔點、沸點都比較低，由此可判斷TiCl4是由共價鍵結(jié)合的分子，晶體類型屬于分子晶體。

（4）化合物乙的沸點明顯高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子間形成氫鍵。化合物乙中采取sp3雜化的原子的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞C，原因是同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第VA族元素大于相鄰元素（半滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)），所以這三種元素第一電離能從大到小順序是：N＞O＞C。

（5）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，在晶胞中氧離子分布在立方體的棱心，被四個立方體共用，所以氧離子數(shù)為12×1/4=3，鈦離子分布在立方體的八個頂點，每個鈦離子被八個立方體所共用，所以鈦離子數(shù)為8×1/8=1，鈣離子分布在立方體的體心，所以鈣離子數(shù)為1，鈦離子位于立方晶胞的角頂，被6個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個氧離子（12個棱心）包圍。據(jù)此可以確定化學(xué)式為CaTiO3。一個晶胞中有一個CaTiO3，質(zhì)量為136/NA g。晶胞的體積為(a×10-10)3 cm3，所以密度為 g.cm-3。