Question

【题目】钛由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱以及高强度、低密度，被美誉为“未来钢铁”、“战略金属”。

(1)基态钛原子核外共有_______种运动状态不相同的电子，价电子排布式_______；与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有________种。

(2)钛比钢轻、比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛硬度比铝大的原因是_________。

(3)TiCl4是氧化法制取钛的中间产物。TiCl4分子结构与CCl4相同，在常温下都是液体。TiCl4分子的空间构型是_______；TiCl4稳定性比CCl4差，试从结构分析其原因：_______。

(4)钙钛矿材料是一类有着与钛酸钙相同晶体结构的材料，这种奇特的晶体结构让它具备了很多独特的理化性质，比如吸光性、电催化性等。钛酸钙晶体结构如图所示。其中，A代表Ca2+，Ti原子位于由O原子构成的正八面体的中心，则钛酸钙的化学式为______，Ca2+的配位数是________。

Answer 1

【答案】22 3d24s2 3 钛原子的价电子数比Al多，金属键更强 正四面体 钛原子半径比碳大，Ti-Cl键比C-Cl键的键长大、键能小，易断裂 CaTiO3 12

【解析】

(1)原子核外有多少电子，电子的运动状态就有多少；根据构造原理先写出Ti的核外电子排布式，就可得到其价层电子排布式；然后根据每个能级具有的轨道数判断与Ti具有相同未成对电子数目；

(2)钛、铝都属于金属晶体，金属键越强，金属晶体的硬度越大；

(3)根据物质的熔沸点与晶体类型关系分析；利用价层电子对数判断分子空间构型；根据共价键的牢固程度判断物质的稳定性大小；

(4)钙钛晶矿晶胞中钛离子与周围六个氧原子包围形成八面体，立方体晶胞共有12个边长，每条边长的中点是一个氧原子，共12个氧原子包围着中心的钙离子，根据均摊法计算图中立方体中各原子数目确定化学式。

(1)由于在任何一个原子中都不存在运动状态完全相同的电子，所以22号Ti元素的原子核外有22种运动状态不相同的电子，Ti的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，可见其价层电子排布式为3d24s2；在Ti原子核外有2个未成对电子，同周期中未成对电子数与钛相同的元素原子价电子排布式为3d84s2、4s24p2、4s24p4，因此有3种；

(2)钛、铝都属于金属晶体，金属键影响硬度，钛的价电子比Al的多，金属键比Al的强，所以钛的硬度大于铝；

(3)在TiCl4分子中Ti原子价层电子对水为4，没有孤对电子，因此分子的空间构型是正四面体，TiCl4与CCl4都是分子晶体，但TiCl4稳定性比CCl4差，是因为钛原子半径比碳大，Ti-Cl键比C-Cl键的键长大、键能小，易断裂；

(4)由于A代表Ca2+，Ti原子位于由O原子构成的正八面体的中心，根据图示可知钛离子位于立方晶胞的角顶，被6个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被12个氧离子包围；每个晶胞中钛离子和钙离子均为1个，晶胞的12个边长上各有一个氧原子，根据均摊原则，每个晶胞实际占有氧原子数目为12×=3，所以晶胞的化学式为CaTiO3。