Question

3．鈦是一種非常優(yōu)越的金屬，尤其是抵抗海水腐蝕的能力很強，被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬．回答下列問題：
（1）基態(tài)鈦原子的價電子排布式為3d²4s²．金屬鈦晶胞如圖所示，晶胞參數(shù)a=b=295.08pm，c=468.55pm，α=β=90°，γ=120°．金屬鈦為六方最密堆積（填堆積方式），其中鈦原子的配位數(shù)為12．
（2）現(xiàn)有Ti³⁺的配合物[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O．該配合物的配體是H₂O、Cl^-，配位數(shù)是6．
（3）C、N、O等元素可與鈦形成二元化合物．C、N、O元素的電負性由大到小的順序是O＞N＞C．已知：中心原子相同時，配位原子的電負性越大，鍵角越小；配位原子相同時，中心原子的電負性越大，鍵角越大，則NF₃、PF₃、NH₃的鍵角由大到小的順序為NH₃＞NF₃＞PF₃，乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）和三甲胺[N（CH₃）₃]均屬于胺，但乙二胺比三甲胺的沸點高的多，原因乙二胺分子之間可以形成氫鍵，三甲胺分子之間不能形成氫鍵．
（4）鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)如圖所示．晶體的化學(xué)式為CaTiO₃．晶胞中的原子可用x、y、z組成的三數(shù)組來表達它在晶胞中的位置，稱為原子坐標．已知原子坐標為A（0，0，0）；B（0，$\frac{1}{2}$，0）；則Ca離子的原子坐標為（$\frac{1}{2}，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$）．

Answer 1

分析 （1）Ti是22號元素，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫價電子排布式；該晶胞構(gòu)型為六方最密；由晶胞結(jié)構(gòu)可知，以頂點原子為研究對象，與之最近的原子處于棱上中間位置，每個頂點原子為12個棱中間原子共用，據(jù)此判斷；
（2）根據(jù)配合物的結(jié)構(gòu)特點來分析其中的配體及配位數(shù)；
（3）元素非金屬性越強，得電子能力越強，其電負性的數(shù)值越大；NF₃和PF₃的配位原子都是F，N的電負性大于P，所以NF₃的鍵角大于PF₃，NF₃和NH₃的中心原子相同，F(xiàn)的電負性大于H，所以NF₃的鍵角小于NH₃；乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）分子之間可以形成氫鍵，但三甲胺[N（CH₃）₃]分子之間不能形成氫鍵；
（4）利用均攤法計算晶胞中各種原子的數(shù)目之比，據(jù)此確定化學(xué)式；A為Ti（0，0，0），B為O（0，$\frac{1}{2}$，0），故處于體心Ca原子坐標為（$\frac{1}{2}，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$）據(jù)此進行分析．

解答 解：（1）Ti是22號元素，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，價電子排布式為為3d²4s²；該單質(zhì)晶體中原子的堆積方式為六方最密堆積；由晶胞結(jié)構(gòu)可知，以頂點原子為研究對象，與之最近的原子處于棱上中間位置，每個頂點原子為12個棱中間原子共用，故晶胞中該原子的配位數(shù)為12，
故答案為：3d²4s²；六方最密；12；
（2）配合物[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O，鈦元素的配位體是H₂O、Cl^-，配位數(shù)為5+1=6，
故答案為：H₂O、Cl^-；6；
（3）元素非金屬性越強，得電子能力越強，其電負性的數(shù)值越大，所以O(shè)＞N＞C；NF₃和PF₃的配位原子都是F，N的電負性大于P，所以NF₃的鍵角大于PF₃，NF₃和NH₃的中心原子相同，F(xiàn)的電負性大于H，所以NF₃的鍵角小于NH₃，因此鍵角NH₃＞NF₃＞PF₃；乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）分子之間可以形成氫鍵，三甲胺[N（CH₃）₃]分子之間不能形成氫鍵，故乙二胺的沸點較高，
故答案為：O＞N＞C；NH₃＞NF₃＞PF₃；乙二胺分子之間可以形成氫鍵，三甲胺分子之間不能形成氫鍵；
（4）晶胞中Ca、Ti、O原子的數(shù)目之比=1：（8×$\frac{1}{8}$）：（12×$\frac{1}{2}$）=1：1：3，則分子式為CaTiO₃，A為Ti（0，0，0），B為O（0，$\frac{1}{2}$，0），故處于體心Ca原子坐標為（$\frac{1}{2}，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$），
故答案為：CaTiO₃；（$\frac{1}{2}，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$）．

點評 本題考查核外電子排布規(guī)律、晶胞的計算、電負性、氫鍵與化學(xué)鍵等知識，綜合性較大，難度中等，是對知識的綜合運用，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與分析問題解決問題的能力．