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______。（只含Π的代數式）

Answer 1

【答案】 ＞ ＞ N的價電子排布式為2s22p3，O為2s22p4，N為半滿結構較穩定，第一電離能大于O 正四面體 sp3 PO43-、ClO4-等 12 ×100%

【解析】

(1)Ti是22號元素，處于周期表中第四周期IVB族，價電子排布式為3d24s2，結合泡利原理、洪特規則畫出價電子排布圖；

(2)同周期主族元素隨原子序數增大電負性增大；N原子中的2p軌道處于半充滿狀態，第一電離能高于同周期相鄰元素的；

(3)SO42-中S原子孤電子對數==0，價層電子對數=4=0=4；與SO42-互為等電子體微粒可以用Cl原子替換S原子與1個單位負電荷；

(4)Ti4+位于立方體的頂點，晶胞中Ti4+原子數目為1、體心黑色球數目為1、面心黑色球數目為3，故體心為Ca2+、面心為O2-，與Ti4+緊密相鄰的O2-處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用；
(5)處于體對角線上Fe原子相鄰，晶胞體對角線長度等于晶胞棱長的倍，而晶胞體對角線長度=4倍的Fe原子半徑，均攤法計算晶胞中Fe原子數目，計算晶胞中原子總體積，晶胞的空間利用率=(原子總體積÷晶胞體積)×100%。

(1)Ti是22號元素，處于周期表中第四周期IVB族，價電子排布式為3d24s2，由泡利原理、洪特規則，價電子排布圖為：；

(2)同周期主族元素隨原子序數增大電負性增大，故電負性C＞B；N原子中的2p軌道處于半充滿狀態，更穩定，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能：N＞O；

(3)SO42-中S原子孤電子對數==0，價層電子對數=4=0=4，空間構型為正四面體形，S原子采取sp3雜化，與SO42-互為等電子體微粒可以用Cl原子替換S原子與1個單位負電荷，即SO42-的一種等電子體的化學式：PO43-、ClO4-等；

(4)Ti4+位于立方體的頂點，晶胞中Ti4+原子數目為1、體心黑色球數目為1、面心黑色球數目為3，故體心為Ca2+、面心為O2-，與Ti4+緊密相鄰的O2-處于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用，即與Ti4+緊密相鄰的O2-數目==12；

(5)處于體對角線上Fe原子相鄰，晶胞體對角線長度等于晶胞棱長的倍，而晶胞體對角線長度=4倍的Fe原子半徑，故4r=a，則r=a，晶胞中Fe原子數目=1+8×=2，晶胞中原子總體積=2×πr3，晶胞的空間利用率=(2×πr3÷a3)×100%=[(2××π×(a)3÷a3]×100%=×100%。