Question

18．钛、铜可以作为多种催化剂的主体．如以TiO₂覆盖在Cu₂Al₂O₄表面作催化剂，可以将CO₂与CH₄直接转化成乙酸．
请回答下列问题：
（1）钛有${\;}_{22}^{48}$Ti和${\;}_{22}^{50}$Ti两种原子，它们互称为同位素，Ti的基态原子电子排布式为1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²）．
（2）Cu在元素周期表中的位置是4周期ⅠB族．乙酸分子中碳原子的杂化形式有sp²、sp³．
（3）由Ca、Ti、O三种元素组成某矿物晶体，其晶胞结构如图所示．则该矿物的化学式为CaTiO₃．
（4）用TiCl₄与热水反应可制备TiO₂，反应的化学方程式是TiCl₄+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+4HCl?
（5）用稀硝酸溶解Cu₂Al₂O₄的离子方程式是3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O?
（6）用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶出印刷电路板上的Cu．
已知：CuSO₄ （aq）+H₂（g）═Cu（s）+H₂SO₄（aq）△H=-64.4kJ/mol
2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196.4kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol
写出Cu与H₂SO₄、H₂O₂反应生成CuSO₄（aq）和H₂O（l）的热化学方程式：Cu（s）+H₂O₂（l）+H₂SO₄（aq）=CuSO₄（aq）+2H₂O（l）△H=-319.6 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）质子数相同、中子数不同的相同元素不同原子互为同位素；根据其价电子数及能层数确定在元素周期表中的位置，Ti元素核外有22个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；
（2）铜的原子序数为29，基态原子核外电子排布式为[Ar]3d¹⁰4s¹，据此判断其在周期表中的位置；乙酸分子中含有1个甲基和1个羧基，甲基中的C含有4个σ键，羧基中含有3个σ键，据此判断其杂化方式；
（3）晶胞中位于立方体顶点的离子被8个晶胞共有，位于立方体中心的离子被一个晶胞占有，位于面的离子被2个晶胞共用，利用均摊法确定其化学式；
（4）用TiCl₄与热水反应可制备TiO₂，结合质量守恒判断反应物、生成物，然后写出反应的化学方程式；
（5）先将Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，再根据氧化物与酸反应生成离子方程式，需要注意的是一价铜具有还原性；
（6）根据已知热化学方程式及盖斯定律写出目标反应的热化学方程式即可．

解答 解：（1）质子数相同中子数不同的钛元素的不同原子，互称同位素；Ti元素核外有22个电子，根据构造原理知其基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²），
故答案为：同位素；1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²）；
（2）Cu所含质子数为29，原子核外电子数为29，3d能级上的原子轨道处于全满时，其核外电子排布式为[Ar]3d¹⁰4s¹，所以铜处于4周期ⅠB族；乙酸的结构简式：CH₃COOH，甲基中的C原子形成了4个单键，为sp³杂化，羧基中的C原子形成2个单键和1个双键，含有3个σ键，采用sp²杂化，所以乙酸分子中碳原子的杂化形式有：sp²、sp³，
故答案为：4周期ⅠB族； sp²、sp³；
（3）O位于面心，其数目为：6×$\frac{1}{2}$=3，Ca位于体心，其数目为1，Ti位于顶点，其数目为8×$\frac{1}{8}$=1，故该矿物的化学式为：CaTiO₃，
故答案为：CaTiO₃；
（4）TiCl₄与热水反应可制备TiO₂，根据质量守恒定律可知，反应产物应该为二氧化钛和氯化氢，反应的方程式为：TiCl₄+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+4HCl，
故答案为：TiCl₄+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+4HCl；
（5）Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，与硝酸反应的离子方程式为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（6）已知①Cu（s）+H₂SO₄（aq）═CuSO₄（aq）+H₂（g）△H=+64.4kJ•mol^-1
②2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196.4kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
利用盖斯定律，将①+$\frac{1}{2}$×②+③可得：Cu（s）+H₂O₂（l）+H₂SO₄（aq）=CuSO₄（aq）+2H₂O（l），
△H=（+64.4kJ•mol^-1）+$\frac{1}{2}$（-196.4kJ•mol^-1）+（-285.8kJ•mol^-1）=-319.6 kJ/mol，
故答案为：Cu（s）+H₂O₂（l）+H₂SO₄（aq）=CuSO₄（aq）+2H₂O （l）△H=-319.6 kJ/mol．

点评 本题考查了盖斯定律在热化学方程式中的计算、化学方程式的书写、同位素的判断、核外电子排布等知识，题目难度中等，试题知识点较多，充分考查学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力，注意掌握盖斯定律在热化学方程式中的应用．