Question

4．鈦及其化合物被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、艦艇、醫(yī)療以及石油化工等領(lǐng)域，圖1是用金紅石（主要成分為TiO₂）制備金屬鈦和鈦酸鋇的流程．
（1）寫出基態(tài)Ti原子的價(jià)層電子排布式為3d²4s²．
（2）TiCl₄熔點(diǎn)為-24℃，沸點(diǎn)為136.4℃，室溫下為無色液體，可溶于甲苯和氯代烴，固態(tài)TiCl₄屬于分子晶體．
（3）BaCO₃為離子化合物，寫出一種與CO₃^2-互為等電子體的陰離子：NO₃^-或SiO₃^2-（填化學(xué)式）．
（4）鈦酸鋇晶胞如圖2所示，其化學(xué)式為BaTiO₃．
（5）寫出在高溫條件下，TiO₂生成TiCl₄的化學(xué)方程式2Cl₂+TiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（6）已知Ti³⁺可形成配位數(shù)為6的配合物，現(xiàn)在紫色和綠色兩種含鈦晶體，其組成均為TiCl₃•6H₂O．為測(cè)定這兩種晶體的化學(xué)式，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：
a．分別取等質(zhì)量的兩種晶體的樣品配成溶液；
b．向兩種溶液中分別滴入AgNO3溶液，均產(chǎn)生白色沉淀；
c．沉淀完全后分別過濾得兩份沉淀，經(jīng)洗滌干燥后稱量發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量關(guān)系為：綠色晶體為紫色晶體的$\frac{2}{3}$，則綠色晶體配合物的化學(xué)式為[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O，1mol該配合物中含有σ鍵的數(shù)目為18mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)Ti原子序數(shù)，根據(jù)能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規(guī)則寫出核外電子排布式，再確定價(jià)層電子排布式；
（2）根據(jù)晶體的熔沸點(diǎn)等物理性質(zhì)判斷晶體類型；
（3）等電子體是指具有相同原子總數(shù)和相同價(jià)電子總數(shù)的微粒；
（4）利用晶胞的均攤法計(jì)算化學(xué)式；
（5）通過焦炭過量確定產(chǎn)物為一氧化碳，TiO₂轉(zhuǎn)化成TiCl₄的反應(yīng)為二氧化鈦和碳、氯氣高溫加熱反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳；
（6）Ti³⁺的配位數(shù)均為6，往待測(cè)溶液中滴入AgNO₃溶液，均產(chǎn)生白色沉淀，則配合物的外界有氯離子，兩份沉淀，經(jīng)洗滌干燥后稱量，發(fā)現(xiàn)原綠色晶體的水溶液與AgNO₃溶液反應(yīng)得到的白色沉淀質(zhì)量為紫色晶體的水溶液反應(yīng)得到沉淀質(zhì)量的$\frac{2}{3}$，可知紫色晶體中含3個(gè)氯離子，綠色晶體中含2個(gè)氯離子，據(jù)此推出綠色晶體配合物的化學(xué)式，再根據(jù)配合物結(jié)構(gòu)判斷σ鍵的數(shù)目．

解答 解：（1）Ti原子序數(shù)為22，根據(jù)能級(jí)圖及能量構(gòu)造原理可得核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，其價(jià)層電子排布式為3d²4s²，故答案為：3d²4s²；
（2）TiCl₄熔、沸點(diǎn)較低，可判斷知其固態(tài)形式為分子晶體，故答案為：分子；
（3）CO₃^2-中原子數(shù)為4，價(jià)電子數(shù)總為：24，則NO₃^-或SiO₃^2-為其等電子體，故答案為：NO₃^-、SiO₃^2-；
（4）根據(jù)晶胞的均攤理論，晶胞中Ba位于體心，數(shù)目為1，Ti位于頂點(diǎn)，數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1，O位于棱心，12×$\frac{1}{4}$=3，化學(xué)式為BaTiO₃，故答案為：BaTiO₃；
（5）通過焦炭過量確定產(chǎn)物為一氧化碳，TiO₂轉(zhuǎn)化成TiCl₄的反應(yīng)為二氧化鈦和碳、氯氣高溫加熱反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式依據(jù)原子守恒配平得到：2Cl₂+TiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；故答案為：2Cl₂+TiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（6）Ti³⁺的配位數(shù)均為6，往待測(cè)溶液中滴入AgNO₃溶液，均產(chǎn)生白色沉淀，則配合物的外界有氯離子，兩份沉淀，經(jīng)洗滌干燥后稱量，發(fā)現(xiàn)原綠色晶體的水溶液與AgNO₃溶液反應(yīng)得到的白色沉淀質(zhì)量為紫色晶體的水溶液反應(yīng)得到沉淀質(zhì)量的$\frac{2}{3}$，可知紫色晶體中含3個(gè)氯離子，綠色晶體中含2個(gè)氯離子，故綠色晶體的化學(xué)式為[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O，1mol該配合物中1molTi與1molCl和5molH₂O，形成6molσ鍵，5molH₂O內(nèi)含有5×2=10mol σ鍵，外界1molH₂O內(nèi)含有2molσ鍵，共含有6+10+2=18mol，故答案為：18mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為全面，涉及到氧化還原反應(yīng)的配平、價(jià)層電子排布式、σ鍵的判斷以及有關(guān)晶體的計(jì)算等，對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)要求較高，中等難度．