Question

6．（1）基態(tài)鈦原子的價(jià)電子排布圖為
（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）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1所示．該陽(yáng)離子Ti與O的原子數(shù)之比為1：1．

（4）Co的一種氧化物的晶胞如圖甲所示，在該晶體中與一個(gè)鈷原子等距離且最近的鈷原子有12個(gè)；筑波材料科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室一個(gè)科研小組發(fā)現(xiàn)了在5K下呈現(xiàn)超導(dǎo)性的晶體，該晶體具有CoO₂的層狀結(jié)構(gòu)（如圖2乙所示，小球表示Co原子，大球表示O原子）．下列用粗線畫出的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖（如圖2乙）不能描述CoO₂的化學(xué)組成是D．
（5）由C、Mg、Ni三種元素組成的一種簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)的化合物具有超導(dǎo)性，其晶胞中C位于體心位置，Mg位于頂角，Ni占據(jù)面心位置，該化合物的化學(xué)式為MgNi₃C，晶體中Mg原子周圍距離最近的Ni原子有12個(gè)，該新型超導(dǎo)材料晶胞參數(shù)a=0.38nm，計(jì)算該晶體的密度6.45（g•cm^-3）（保留三位有效數(shù)字）
（6）金屬鈦晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示，設(shè)鈦原子的半徑為r，則該晶胞體積的表達(dá)式為8$\sqrt{2}$r³．

Answer 1

分析 （1）Ti是22號(hào)元素，其3d、4s電子為其價(jià)電子；
（2）分子晶體的熔沸點(diǎn)較低；
（3）根據(jù)圖知，每個(gè)Ti原子連接2個(gè)O原子、每個(gè)O原子連接2個(gè)Ti原子；
（4）由氧化物晶胞結(jié)構(gòu)可知晶胞中Co、O原子數(shù)目之比為1：1，假設(shè)黑色球?yàn)镃o原子，以頂點(diǎn)Co原子為研究對(duì)象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面心為2個(gè)晶胞共用；CoO₂的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖中Co、O原子數(shù)目之比應(yīng)為1：2，結(jié)合均攤法計(jì)算判斷；
（5）該晶胞中C原子個(gè)數(shù)是1、Mg原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=1、Ni原子個(gè)數(shù)=6×$\frac{1}{2}$=3，據(jù)此確定其化學(xué)式； 晶體中Mg原子周圍距離最近的Ni原子個(gè)數(shù)=3×8÷2；晶胞棱長(zhǎng)=0.38nm=0.38×10^-7cm，晶胞體積=（0.38×10^-7cm）³，晶胞密度=$\frac{m}{V}$；
（6）底面上棱長(zhǎng)為2r，底面高=2r×sin60°=$\sqrt{3}$r，
底面上的3個(gè)原子和晶胞體內(nèi)的原子構(gòu)成正四面體，正四面體的棱長(zhǎng)=2r，底面三角形頂點(diǎn)到三角形重心的距離=$\frac{2}{3}$×2r×sin60°=$\frac{2\sqrt{3}}{3}$r，頂點(diǎn)到底面的距離=$\sqrt{（2r）^{2}-（\frac{2\sqrt{3}}{3}r）^{2}}$=$\sqrt{\frac{8}{3}}$r，晶胞高=2×$\sqrt{\frac{8}{3}}$r，則晶胞體積=2r×$\sqrt{3}$r×2×$\sqrt{\frac{8}{3}}$r．

解答 解：（1）Ti是22號(hào)元素，其3d、4s電子為其價(jià)電子，其價(jià)電子排布圖為，
故答案為：；
（2）分子晶體熔沸點(diǎn)較低，該物質(zhì)的熔沸點(diǎn)較低，則為分子晶體，故答案為：分子；
（3）根據(jù)圖知，每個(gè)Ti原子連接2個(gè)O原子、每個(gè)O原子連接2個(gè)Ti原子，所以Ti、O原子個(gè)數(shù)之比為1：1，故答案為：1：1；
（4）由氧化物晶胞結(jié)構(gòu)可知晶胞中Co、O原子數(shù)目之比為1：1，假設(shè)黑色球?yàn)镃o原子，以頂點(diǎn)Co原子為研究對(duì)象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面心為2個(gè)晶胞共用，在該晶體中與一個(gè)鈷原子等距離且最近的鈷原子數(shù)目為3×8÷2=12；
CoO₂的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖中Co、O原子數(shù)目之比應(yīng)為1：2，由圖象可知：
A中Co、O原子數(shù)目之比為1：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
B中Co、O原子數(shù)目之比為（1+4×$\frac{1}{4}$）：4=1：2，符合，
C中Co、O原子數(shù)目之比為（4×$\frac{1}{4}$）：（4×$\frac{1}{2}$）=1：2，符合，
D中Co、O原子數(shù)目之比為1：4×$\frac{1}{4}$=1：1，不符合，
故答案為：12；D；
（5）該晶胞中C原子個(gè)數(shù)是1、Mg原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=1、Ni原子個(gè)數(shù)=6×$\frac{1}{2}$=3，據(jù)此確定其化學(xué)式為MgNi₃C； 晶體中Mg原子周圍距離最近的Ni原子個(gè)數(shù)=3×8÷2=12；晶胞棱長(zhǎng)=0.38nm=0.38×10^-7cm，晶胞體積=（0.38×10^-7cm）³，晶胞密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{213}{{N}_{A}}}{（0.38×1{0}^{-7}）^{3}}$ g•cm^-3=6.45 g•cm^-3，
故答案為：MgNi₃C； 12；6.45；
（6）底面上棱長(zhǎng)為2r，底面高=2r×sin60°=$\sqrt{3}$r，
底面上的3個(gè)原子和晶胞體內(nèi)的原子構(gòu)成正四面體，正四面體的棱長(zhǎng)=2r，底面三角形頂點(diǎn)到三角形重心的距離=$\frac{2}{3}$×2r×sin60°=$\frac{2\sqrt{3}}{3}$r，頂點(diǎn)到底面的距離=$\sqrt{（2r）^{2}-（\frac{2\sqrt{3}}{3}r）^{2}}$=$\sqrt{\frac{8}{3}}$r，晶胞高=2×$\sqrt{\frac{8}{3}}$r，則晶胞體積=2r×$\sqrt{3}$r×2×$\sqrt{\frac{8}{3}}$r=8$\sqrt{2}$r³，
故答案為：8$\sqrt{2}$r³．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及晶胞計(jì)算、解題類型判斷、原子核外電子排布等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、判斷、空間想象及計(jì)算能力，明確晶胞中原子排列方式是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是（6）題計(jì)算，注意該晶胞不是正立方體，底面是菱形而不是正方形結(jié)構(gòu)，其晶體結(jié)構(gòu)如圖，題目難點(diǎn)中等．