Question

【题目】2019 年诺贝尔化学奖授予三位开发锂离子电池的科学家。TiS2、LiCoO2 和 LiMnO2 等都是他们研究锂离子电池的载体。回答下列问题：

（1）基态 Ti 原子的价层电子排布图为____。

（2）在第四周期 d 区元素中，与 Ti 原子未成对电子数相同的元素名称________。

（3）金属钛的原子堆积方式如图所示，则金属钛晶胞俯视图为______。

（4）已知第三电离能数据：I3（Mn）＝3246 kJ·mol-1，I3（Fe）＝2957 kJ·mol-1。锰的第三电离能大于铁的第三电离能，其主要原因是______。

（5）据报道，在 MnO2 的催化下，甲醛可被氧化成 CO2，在处理含 HCHO 的废水或空气方面有广泛应用。HCHO中键角________CO2 中键角（填“大于”“小于”或“等于”）。

（6）Co3+、Co2+能与 NH3、H2O、SCN-等配体组成配合物。

①1 mol[ Co（NH3）6]3+含______mol σ键。

②配位原子提供孤电子对与电负性有关，电负性越大，对孤电子对吸引力越大。SCN-的结构式为[S＝C＝N] -，SCN-与金属离子形成的配离子中配位原子是_______（填元素符号）。

（7）工业上，采用电解熔融氯化锂制备锂，钠还原 TiCl4（g）制备钛。已知：LiCl、TiCl4的熔点分别为 605℃、－24℃，它们的熔点相差很大，其主要原因是________。

（8）钛的化合物晶胞如图所示。

二氧化钛晶胞如图 1 所示，钛原子配位数为______。氮化钛的晶胞如图 2 所示， 图 3 是氮化钛的晶胞截面图（相邻原子两两相切）。已知：NA 是阿伏加德罗常数的值，氮化钛晶体密度为 d g·cm-3。氮化钛晶胞中 N 原子半径为________pm。

Answer 1

【答案】 镍 D Mn2+价层电子排布式为3d54s2达到稳定结构，不易失电子形成Mn3+，Fe2+价电子排布式为3d6，要失去1个电子才达到稳定结构，较易形成Fe3+，所以锰的第三电离能大于铁 小于 24 S 氯化锂是离子化合物，属于离子晶体，氯化钛是共价化合物，属于分子晶体，离子晶体里的离子键要比分子晶体里的分子间作用力强 6

【解析】

(1)基态Ti原子的价电子排布式为3d24s2，结合泡利原理、洪特规则画出价电子排布图；

(2)在第四周期d区元素中，与Ti原子未成对电子数相同，该元素核外电子排布式为[Ar]3d84s2；

(3)Ti原子密置层排列为ABABAB…排列方式，属于六方最密堆积，平行六面体的晶胞上下底面为菱形，平行六面体均分为2个正三棱柱，其中1个正三棱柱的中心有1个Ti原子，金属钛晶胞俯视图与D相符合；

(4)原子轨道处于半满、全满时能量更低更稳定；

(5)HCHO和CO2中C原子杂化方式不同；

(6)①1个[Co(NH3)6]3+中含有18个共价键，6个配位键，配位键也是σ键；②SCN-的结构式为[S＝C＝N]-，C原子没有孤对电子，N和S都有孤对电子，电负性越大，对孤电子对吸引力越大；

(7)离子晶体比分子晶体熔点高；

(8)由图1里面1个晶胞里Ti、O两种原子的个数可知Ti原子的配位数，由图2可知1个晶胞里各原子的个数，计算出晶胞的质量，结合密度计算晶胞的体积，晶胞的体积开三次方得到晶胞的棱长，再由图3中两种原子半径与棱长的关系进行计算；

根据以上分析进行解答。

(1)Ti的原子序数为22，根据能级图及能量构造原理可得核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d24s2，价电子排布式为3d24s2，价电子排布图为：。

答案为：。

(2)Ti原子未成对电子数为2，在第四周期d区元素中，与Ti原子未成对电子数相同的元素的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d84s2，为镍元素。

答案为：镍。

(3)根据金属钛的原子堆积方式可知，该堆积方式为ABABABA…晶胞结构为，故金属钛晶胞俯视图为D。

答案为：D。

(4)Mn2+价层电子排布式为3d54s2达到稳定结构，不易失电子形成Mn3+，Fe2+价电子排布式为3d6，要失去1个电子才达到稳定结构，较易形成Fe3+，所以锰的第三电离能大于铁。

答案为：Mn2+价层电子排布式为3d54s2达到稳定结构，不易失电子形成Mn3+，Fe2+价电子排布式为3d6，要失去1个电子才达到稳定结构，较易形成Fe3+，所以锰的第三电离能大于铁。

(5)HCHO分子是平面结构，键角接近120，而CO2的键角是180，C原子的杂化类型不同，键角不同。

答案：小于。

(6)①1个NH3含有3个共价键，还能形成1个配位键，共价键和配位键都是σ键，所以1mol[Co(NH3)6]3+含24molσ键。

答案：24。

②SCN-的结构式为[S＝C＝N]-，C原子没有孤对电子，N和S原子都有孤对电子，电负性越大对孤电子对吸引力越强，越不易给出电子形成配位键，N的电负性大于S，所以SCN-与金属离子形成的配离子中配位原子是S。

答案为：S。

(7)依题意，氯化锂是离子化合物，属于离子晶体，氯化钛是共价化合物，属于分子晶体，离子晶体里的离子键要比分子晶体里的分子间作用力强，所以离子晶体的熔点比较高。

答案为：氯化锂是离子化合物，属于离子晶体，氯化钛是共价化合物，属于分子晶体，离子晶体里的离子键要比分子晶体里的分子间作用力强。

(8)图1中，由均摊法可知1个晶胞含2个黑球4个白球(2个白球在体内，4个白球在面心)，所以黑球为钛，白球为氧，1个钛与6个氧相连，钛的配位数为6；由图2可知1个晶胞含4个TiN，TiN的相对式量为62，图3棱上三个粒子相切，设晶胞棱长为a，d=，a=，[4r(Ti)]2=2a2，r(Ti)=a，2r(Ti)+2r(N)=a，r(N)=。

答案为：6；。