Question

【題目】金屬鈦性能優越，被譽為繼Fe、Al后應用廣泛的“第三金屬”。

（1）Ti基態原子的價層電子排布圖為_______________________。

（2）鈦能與B、C、N、O等非金屬元素形成穩定的化合物。電負性：C________(填“＞”或“＜”，下同)B；第一電離能：N________O，原因是____________________________________。

（3）月球巖石——玄武巖的主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3)。FeTiO3與80%的硫酸反應可生成TiOSO4。SO42-的空間構型為_________形，其中硫原子采用_________雜化，寫出SO42-的一種等電子體的化學式：____________________________。

（4）Ti的氧化物和CaO相互作用能形成鈦酸鹽CaTiO3，CaTiO3的晶體結構如圖1所示(Ti4＋位于立方體的頂點)。該晶體中，Ti4+和周圍________個O2-相緊鄰。

（5）鐵晶胞的結構如圖2所示，如果晶胞邊長為a，鐵原子半徑為r，則該晶體中鐵原子的空間利用率為________________。

Answer 1

【答案】 ＞ ＞ N原子中的2p軌道處于半充滿狀態，更穩定 正四面體 sp3 ClO4-等 12

【解析】（1）Ti為22號元素，其原子的基態電子排布式為[Ar]3d24s2，所以其價電子排布圖為。

（2）同周期元素從左向右電負性逐漸增大，所以C大于B。N的2p能級中有3個電子，恰好是其半滿的穩定結構，所以使N的第一電離能反常增大，使第一電離能N大于O。

（3）根據價層電子對互斥理論，硫酸根離子的中心原子（S）最外層有6個電子，配位的O不提供電子，但是帶有2個負電，所以最外層有8個電子，相當于4個電子對。空間構型為正四面體，中心原子S做sp3雜化。其等電子體，應該選擇原子數相同，電子數相等的離子，所以可以是ClO4-、PO43-等。

（4）Ti4+位于立方體的頂點，所以有8×1/8=1個，根據化學式得到晶胞中的Ca2+也應該有1個，所以其位于晶胞的體心，那么O2-一定位于晶胞的面心。從圖1得到，與Ti4+緊鄰的O2-應該是該晶胞的面心。我們可以將晶胞進行平移，假設平移后新的晶胞中，Ca2+位于頂點，則此時Ti4+位于體心，O2-位于棱心，則Ti4+和周圍12條棱的棱心上的12個O2-相緊鄰。

（5）由圖2，晶胞邊長為a，則體對角線長為，因為體對角線上的三個原子相切，所以，即。晶胞中有兩個鐵原子（8×1/8+1×1=2），其體積為，晶胞體積為a3，所以空間利用率為。