Question

【题目】一桥连三地，天堑变通途。举世瞩目的港珠澳大桥于2018年10月23日正式通车，体现了我国工程建设自主创新能力实现大跨越，尤其在新材料研究方面有重大突破，回答下列问题：

（1）钛是一种新兴的结构材料，比钢轻、比铝硬。

①基态钛原子的价电子排布式为______，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钛的硬度比铝大的原因是_______________________________。

③工业上制金属钛采用金属还原四氧化钛。先将TiO2和足量炭粉混合加热至1000～1100K进行氯化处理，生成TiCl4。该反应的化学反应方程式为_______________________。

（2）跨海桥梁的主要结构材料为钢铁。铁能与三氮唑（Bipy，结构见图）形成多种配合物。

①1mol Bipy中所含键_____mol；碳原子杂化方式是___________________。

②Bipy的沸点为260℃、结构相似且相対分子质量接近的环戊二烯（结构见上图）的沸点为42．5℃．前者较大的原因是______________________________。

（3）碳化钨是耐高温耐磨材料。下图为化晶体的部分结构，碳原子嵌入金属的晶格间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙＋固溶体、也称为填隙化合物。

①在该结构中，每个钨原子周围距离钨原子最近的碳原子有____个。

②假设该部分晶体的体积为d/cm3，碳化的摩尔质量为Mg／mol，密度为dg／cm3，则阿伏加德罗常数NA用上述数据表示为______。

Answer 1

【答案】3d24s2 3 Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强 TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO 8 sp2 bipy分子间可形成氢键，而环戊二烯不能 6 6M/dV

【解析】

（1）①Ti是22号元素，价电子排布式为3d24s2；Ti有2个未成对电子，同周期有2个未成对电子的是Ni、Ge、Se三种；

②利用价电子数越多，金属键越强，硬度越大，Ti原子价电子为4，Al的价电子为3，Ti原子价电子数比Al多，Ti的金属键强，钛的硬度大于铝；

③该反应方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO；

（2）①成键原子之间只能形成一个σ键，因此1molBipy中所含σ键物质的量为8mol；根据Bipy的结构简式，碳原子有3个σ键，无孤电子对，碳原子杂化类型为sp2；

②两种物质为分子晶体，前者能够形成分子间氢键，后者不能形成分子间氢键，因此Bipy的沸点高；

（3）①每个钨原子周围距离钨原子最近的碳原子有6个；

②结构中钨原子数目是1＋2×1/2＋12×1/6＋6×1/3=6，碳原子个数为6，化学式为WC，晶胞质量为6×Mg·mol－1/NAmol－1，根据密度的定义，NA=6M/dV。