Question

4．鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，納米TiO₂是一種應(yīng)用廣泛的催化劑，其催化的一個(gè)實(shí)例如圖所示．

（1）基態(tài)鈦原子的價(jià)電子排布圖為，其原子核外共有22種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不相同的電子．
（2）NH₃的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，其分子立體構(gòu)型為三角錐形．
（3）1mol化合物甲中含有的σ鍵數(shù)目為13N_A，化合物乙中采取sp³雜化的原子的第一電離能由大到小的順序?yàn)镹＞O＞C，化合物乙的沸點(diǎn)明顯高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子間形成氫鍵，
（4）配合物五羰基鐵[Fe（CO）₅]的配位體是CO；常溫下，F(xiàn)e（CO）₅為黃色液體，易溶于非極性溶劑，熔點(diǎn)為215K，沸點(diǎn)為376K，則Fe（CO）₅的晶體類型為分子晶體．Fe（CO）₅受紫外線照射時(shí)，發(fā)生反應(yīng)生成九羰基二鐵，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Fe（CO）₅=Fe₂（CO）₉+CO．
（5）某種單質(zhì)鐵的晶體原子空間利用率為68%，則其為體心立方堆積（填“堆積方式”），鐵原子的配位數(shù)為8． 假設(shè)鐵原子的半徑為a pm，則該種鐵的密度為$\frac{{21\sqrt{3}}}{{4{a^3}{N_A}×{{10}^{-30}}}}$g/cm³．（列出計(jì)算表達(dá)式）

Answer 1

分析 （1）Ti原子價(jià)電子為3d、4s電子，3d能級(jí)上有2個(gè)電子、4s能級(jí)上有2個(gè)電子；原子核外有幾個(gè)電子其電子就有幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
（2）價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)數(shù)+孤電子對(duì)個(gè)數(shù)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定其空間構(gòu)型，據(jù)此分析解答；
（3）單鍵中含有1個(gè)σ鍵，雙鍵中含有1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵；同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；氫鍵的存在導(dǎo)致物質(zhì)熔沸點(diǎn)升高；
（4）配合物質(zhì)含有孤電子對(duì)的微粒作配體；分子晶體的熔沸點(diǎn)較低；Fe（CO）₅受紫外線照射時(shí)，發(fā)生反應(yīng)生成九羰基二鐵和CO；
（5）Fe單質(zhì)晶體中原子的空間利用率為68%，為體心立方密堆積，則晶體中Fe原子的配位數(shù)為8；根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算．

解答 解：（1）Ti原子價(jià)電子為3d、4s電子，3d能級(jí)上有2個(gè)電子、4s能級(jí)上有2個(gè)電子，其價(jià)電子排布圖為；原子核外有幾個(gè)電子其電子就有幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，Ti原子核外有22個(gè)電子，所以其原子核外電子有22種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
故答案為：；22；
（2）NH₃的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+$\frac{1}{2}$（5-1×3）=4，含有1個(gè)孤電子對(duì)，所以分子的空間構(gòu)型為三角錐形；
故答案為：4；三角錐形；
（3）單鍵中含有1個(gè)σ鍵，雙鍵中含有1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，所以1mol化合物甲中含有的σ鍵數(shù)目為13N_A；氫鍵的存在導(dǎo)致物質(zhì)熔沸點(diǎn)升高，乙中含有氫鍵、甲不含氫鍵，所以化合物乙熔沸點(diǎn)高于甲；能形成sp³雜化的原子有C、N、O元素，同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以第一電離能N＞O＞C，
故答案為：13N_A；N＞O＞C；化合物乙分子間形成氫鍵；
（4）配合物質(zhì)含有孤電子對(duì)的微粒作配體，所以配合物五羰基鐵[Fe（CO）₅]的配位體是CO；Fe（CO）₅為黃色液體，易溶于非極性溶劑，熔沸點(diǎn)較低，所以屬于分子晶體；Fe（CO）₅受紫外線照射時(shí)，發(fā)生反應(yīng)生成九羰基二鐵和CO，其反應(yīng)的方程式為：2Fe（CO）₅=Fe₂（CO）₉+CO；
故答案為：CO；分子晶體；2Fe（CO）₅=Fe₂（CO）₉+CO；
（5）Fe單質(zhì)晶體中原子的空間利用率為68%，為體心立方密堆積，則晶體中Fe原子的配位數(shù)為8；其晶胞圖為，F(xiàn)e的原子半徑為apm=10^-10acm，設(shè)晶胞棱長(zhǎng)為xcm，則3x²=（4×10^-10a）²，故x=$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a×10^-10cm，晶胞中Fe原子數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞質(zhì)量為$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g，
則晶體密度為：$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a×10^-10cm）³=$\frac{{21\sqrt{3}}}{{4{a^3}{N_A}×{{10}^{-30}}}}$g/cm³，

故答案為：體心立方；8；$\frac{{21\sqrt{3}}}{{4{a^3}{N_A}×{{10}^{-30}}}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的綜合考查，涉及核外電子排布、氫鍵、晶體類型的判斷、晶胞計(jì)算等，（5）為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，需要學(xué)生熟練掌握金屬晶胞結(jié)構(gòu)，具備一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度中等．