Question

【题目】第四周期的多数元素及其化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：

(1) 基态Ti原子中，最高能层电子的电子云轮廓形状为___，与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中，写出任意一种最外层电子数与钛不同的元素外围电子排布式_____。

(2) 琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血的预防和治疗的常见药物，临床建议服用维生素C促进“亚铁”的吸收，避免生成Fe3+，从结构角度来看，Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是_________________。

(3) SCN— 可用于Fe3+的检验，写出与SCN— 互为等电子体的一种微粒：_____。

(4) 成语“信口雌黄”中的雌黄分子式为As2S3，分子结构如图，As原子的杂化方式为______，雌黄和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As4S4)和SnCl4并放出H2S气体，写出该反应方程式：__________________。SnCl4分子的立体构型为_______。

(5)金红石(TiO2)是含钛的主要矿物之一，具有典型的四方晶系结构，其晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如图所示(注意：D不在体心)：

①4个微粒A、B、C、D中，属于氧原子的是________________。

②若A、B、C原子的坐标分别为A(0，0，0)、B(0.69a，0.69a，c)、C(a，a，c)，则D原子的坐标为D(0.19a，____， ____)；若晶胞底面边长为x，则钛氧键的键长d=_______(用代数式表示)。

Answer 1

【答案】球形 3d54s1或3d104s1 Fe3+的3d5半满状态更稳定 N2O(或CO2、CS2、OCN-) sp3 2As2S3+2SnCl2+4HCl=As4S4+2SnCl4+2H2S↑ 正四面体 B、D 0.81a 0.5c

【解析】

(1)基态Ti原子的核外电子排布式为[Ar]3d24s2，结合构造原理与洪特规则分析解答；

(2)根据洪特规则，处于半充满、全充满状态更稳定；

(3)根据原子总数相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体分析书写；

(4)由结构图可知，黑色球为As、白色球为S，分子中As原子形成3个σ键、还含有1对孤电子对，据此判断杂化类型；As2S3和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As4S4)和SnCl4并放出H2S气体，据此书写并配平反应方程式；SnCl4分子中Sn原子形成4个Sn-Cl键，没有孤电子对，据此判断；

(5)①根据均摊法计算出处于不同位置的微粒数，结合化学式TiO2分析判断；②根据A、B、C的原子坐标，坐标系原点选取为A，根据立体几何知识分析D的原子坐标并计算钛氧键键长d。

(1)基态Ti原子的核外电子排布式为[Ar]3d24s2，最高能层电子为4s能级，电子云轮廓形状为球形；与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中，最外层电子数与钛不同，结合构造原理与洪特规则，符合条件的元素原子的价电子排布为3d54s1、3d104s1，故答案为：球形；3d54s1或3d104s1；

(2)Fe2+价电子为3d6，失去1个电子形成更稳定的3d5半满状态的Fe3+，导致Fe2+易被氧化成Fe3+，故答案为：Fe3+的3d5半满状态更稳定；

(3)C原子与1个单位负电荷可以等效替换为N原子，N原子与1个单位负电荷可以替换为O原子，S原子可以用氧原子替换，因此与SCN-互为等电子体的微粒为：N2O、CO2、CS2、OCN-，故答案为：N2O(或CO2、CS2、OCN-)；

(4)由结构图可知，黑色球为As、白色球为S，分子中As原子形成3个σ键、还含有1个孤电子对，杂化轨道数目为3+1=4，As杂化方式为sp3杂化；As2S3和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As4S4)和SnCl4并放出H2S气体，反应方程式为：2As2S3+2SnCl2+4HCl=As4S4+2SnCl4+2H2S↑；SnCl4分子中Sn原子形成4个Sn-Cl键，没有孤电子对，价层电子对数为4，分子空间构型为正四面体形，故答案为：sp3；2As2S3+2SnCl2+4HCl=As4S4+2SnCl4+2H2S↑；正四面体；

(5)①根据晶胞结构分析，四方晶胞中，顶点粒子占，面上粒子占，内部粒子为整个晶胞所有，所以一个晶胞中，顶点粒子(A、C)有8×=1个，面上粒子(B)有4×=2个，内部粒子有3个，由于晶体的化学式为TiO2，所以4个微粒A、B、C、D中，属于氧原子的是：B、D，体心和顶点(A、C)为Ti原子，故答案为：B、D；

②A、B、C的原子坐标分别为A(0，0，0)、B(0.69a，0.69a，c)、C(a，a，c)，坐标系原点选取点A，O作变形六方最紧密堆积，Ti4+在晶胞顶点及体心位置，O2-在晶胞上下底面的面对角线方向各有2个，在晶胞半高的另一个面对角线方向也有两个，中间半层的结构为(俯视图)，l即为钛氧键的键长d，根据几何知识，则D点的坐标为(0.19a，0.81a，0.5c)，金红石晶胞中，Ti处于体心，体心Ti周围有6个O形成八面体结构，上底面结构为：(俯视图)，根据上底面结构，d=(a-0.69a)×=0.31×a，由于底边长为x，即x=a，所以d=0.31×x，故答案为：0.81a； 0.5c； 0.31×x。