Question

【题目】钛被称为继铁、铝之后的第三金属，制备金属钛的一种流程如下：

回答下列问题：

（1）基态钛原子的价电子排布图为___________________，其原子核外共有_____种运动状态不相同的电子。金属钛晶胞如下图2所示，为________________堆积（填堆积方式）。

（2）根据价层电子互斥理论，价层电子对之间的斥力大小有如下顺序：l－l >> l－b > b－b（l为孤对电子对，b为键合电子对），则关于H2O中的H－O－H键角可得出的结论是________。

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在通常情况下是无色液体，熔点为–37℃，沸点为136℃，可知TiCl4为______晶体。

（4）纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如下图1。化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是___________________________。化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为__________________。

图1 图2

（5）钙钛矿晶体的结构如右图所示。钛离子位于立方晶胞的角顶，被_______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__________个氧离子包围。钙钛矿晶体的化学式为_______。若该晶胞的边长为a pm，则钙钛矿晶体的密度为______________g.cm-3（只要求列算式，不必计算出数值）。

Answer 1

【答案】 22 六方最密 D 分子 化合物乙分子间形成氢键 N＞O＞C 6 12 CaTiO3

【解析】（1）钛为22号元素，基态电子排布式为：[Ar]3d24s2，则基态钛原子的价电子排布图为。基态原子不可能存在运动状态相同的电子，所以Ti有22个不同运动状态的电子。图2的堆积方式对应的是六方最密堆积。

（2）H2O中的O原子为sp3杂化，所以∠H-O-H应该接近109°28′，根据价层电子对之间的斥力大小顺序：l-l>>l-b>b-b（l为孤对电子对，b为键合电子对），∠H-O-H的两个电子对都是键合电子对，所以斥力最小，应有∠H-O-H<109°28′，选项D正确，

（3）因TiCl4在常温下是无色液体，熔点、沸点都比较低，由此可判断TiCl4是由共价键结合的分子，晶体类型属于分子晶体。

（4）化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子间形成氢键。化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C，原因是同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第VA族元素大于相邻元素（半满的稳定结构），所以这三种元素第一电离能从大到小顺序是：N＞O＞C。

（5）根据晶胞结构图可知，在晶胞中氧离子分布在立方体的棱心，被四个立方体共用，所以氧离子数为12×1/4=3，钛离子分布在立方体的八个顶点，每个钛离子被八个立方体所共用，所以钛离子数为8×1/8=1，钙离子分布在立方体的体心，所以钙离子数为1，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（12个棱心）包围。据此可以确定化学式为CaTiO3。一个晶胞中有一个CaTiO3，质量为136/NA g。晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3，所以密度为 g.cm-3。