Question

5．鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，制備金屬鈦的一種流程如下：

回答下列問(wèn)題：
（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．金屬鈦晶胞如圖1所示，為六方最密堆積（填堆積方式）．
（2）已知TiCl₄在通常情況下是無(wú)色液體，熔點(diǎn)為-37℃，沸點(diǎn)為136℃，可知TiCl₄為分子晶體．
（3）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2．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．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．

（4）硫酸氧鈦晶體中陽(yáng)離子為鏈狀聚合形式的離子，結(jié)構(gòu)如圖3所示．該陽(yáng)離子Ti與O的原子數(shù)之比為1：1，其化學(xué)式為T(mén)iO²⁺（或[TiO]_n²ⁿ⁺）．

（5）鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)如圖4所示．鈦離子位于立方晶胞的角頂，被6個(gè)氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個(gè)氧離子包圍．鈣鈦礦晶體的化學(xué)式為CaTiO₃．

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)；該晶體為六方最密堆積；
（2）分子晶體熔沸點(diǎn)較低；
（3）氫鍵的存在導(dǎo)致物質(zhì)熔沸點(diǎn)升高；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；
（4）每個(gè)O原子被兩個(gè)Ti原子共用、每個(gè)Ti原子被兩個(gè)O原子共用，利用均攤法計(jì)算二者原子個(gè)數(shù)之比；
Ti元素為+4價(jià)、O元素為-2價(jià)，據(jù)此書(shū)寫(xiě)其化學(xué)式；
（5）鈦離子位于立方晶胞的角頂，被6個(gè)氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個(gè)氧離子包圍；每個(gè)晶胞中鈦離子和鈣離子均為1個(gè)，晶胞的12個(gè)邊長(zhǎng)上各有一個(gè)氧原子，根據(jù)均攤原則計(jì)算各原子個(gè)數(shù)，從而確定化學(xué)式．

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)；該晶體為六方最密堆積，
故答案為：；22；六方最密；
（2）分子晶體熔沸點(diǎn)較低，該物質(zhì)熔沸點(diǎn)較低，屬于分子晶體，故答案為：分子；
（3）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：化合物乙分子間形成氫鍵；N＞O＞C；
（4）每個(gè)O原子被兩個(gè)Ti原子共用、每個(gè)Ti原子被兩個(gè)O原子共用，利用均攤法計(jì)算二者原子個(gè)數(shù)之比為1：1；
Ti元素為+4價(jià)、O元素為-2價(jià)，據(jù)此書(shū)寫(xiě)其化學(xué)式為，
故答案為：1：1；TiO²⁺（或[TiO]_n²ⁿ⁺）；
（5）鈦離子位于立方晶胞的角頂，被6個(gè)氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個(gè)氧離子包圍；每個(gè)晶胞中鈦離子和鈣離子均為1個(gè)，晶胞的12個(gè)邊長(zhǎng)上各有一個(gè)氧原子，根據(jù)均攤原則，每個(gè)晶胞實(shí)際占有氧原子數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$=3，則晶胞的化學(xué)式為CaTiO₃，
故答案為：6；12；CaTiO₃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，涉及晶胞計(jì)算、元素周期律、晶體類型判斷、原子核外電子排布式的書(shū)寫(xiě)等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計(jì)算、空間想象能力等，明確基本原理及基本性質(zhì)即可解答，難點(diǎn)是晶胞計(jì)算．