Question

2．鈦的化合物如TiO₂、Ti（NO₃）₄、TiCl₄、Ti（BH₄）₂等均有著廣泛用途．
（1）寫出Ti的基態(tài)原子的外圍電子排布式3d²4S²．
（2）TiCl₄熔點是-25℃，沸點136.4℃，可溶于苯或CCl₄，該晶體屬于分子晶體；BH₄^-中B原子的雜化類型為sp³；
（3）在 TiO₂催化作用下，可將CN^-氧化成CNO^-，進而得到N₂．與CNO^-互為等電子體的分子化學式為CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）．
（4）Ti³⁺可以形成兩種不同的配合物：[Ti（H₂O）₆]Cl₃（紫色），[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O（綠色），兩者配位數相同（填“相同”或“不同”），綠色晶體中配體是Cl^-、H₂O．

（5）TiO₂難溶于水和稀酸，但能溶于濃硫酸，析出含有鈦酰離子的晶體，鈦酰離子常成為鏈狀聚合形式的陽離子，其結構形式如圖1，化學式為[TiO]_n²ⁿ⁺．
（6）金屬鈦內部原子的堆積方式是面心立方堆積方式，如圖2．若該晶胞的密度為ρg•cm^-3，阿伏加德羅常數為N_A，則該晶胞的邊長為$\root{3}{\frac{192}{{N}_{A}ρ}}$cm．

Answer 1

分析 （1）Ti是22號元素，原子核外電子數為22，根據能量最低原理書寫價電子排布式；
（2）根據題目中提供的物理性質TiCl₄在常溫下是無色液體，熔點是-25℃，沸點136.4℃，來判斷晶體類型；根據價層電子對互斥理論確定B原子的雜化類型；
（3）根據等電子體是指具有相同電子數目和原子數目的分子或離子來回答；
（4）根據配合物的結構分析，內界離子數為配位數，據此分析配體；
（5）每個O原子被兩個Ti原子共用、每個Ti原子被兩個O原子共用，利用均攤法計算二者原子個數之比，Ti元素為+4價、O元素為-2價，據此書寫其化學式；
（6）在每個鈦的晶胞中含有鈦原子數為8×$\frac{1}{8}$+$\frac{1}{2}$=4，設晶胞的連長為a，根據ρ=$\frac{m}{V}$計算得晶胞的體積，再計算得晶胞的邊長．

解答 解：（1）Ti是22號元素，原子核外電子數為22，元素基態(tài)原子的電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4S²，則價電子排布式為：3d²4S²，
故答案為：3d²4S²；
（2）因TiCl₄在常溫下是無色液體，熔點是-25℃，沸點136.4℃，熔沸點低，由此可判斷 TiCl₄是由共價鍵結合的分子，晶體類型屬于分子晶體，BH₄^-中B原子價層電子數=4+$\frac{1}{2}$（3+1-4×1）=4，且不含孤電子對，B原子是sp³雜化，BH₄^-是正四面體構型，
故答案為：分子；sp³；
（3）CNO^-中電子數為：6+7+8+1=22，與CO₂具有相同電子數目和原子數目，是等電子體，常見粒子還有N₂O、CS₂、BeCl₂等；
故答案為：CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）；
（4）[Ti（ H₂O）₆]Cl₃（紫色），配體為：H₂O，配位數為6，[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O（綠色），配體為Cl^-、H₂O，配位數為6，兩者配位數相同，
故答案為：相同；Cl^-、H₂O；
（5）每個O原子被兩個Ti原子共用、每個Ti原子被兩個O原子共用，利用均攤法計算二者原子個數之比為1：1；
Ti元素為+4價、O元素為-2價，據此書寫其化學式為[TiO]_n²ⁿ⁺，
故答案為：[TiO]_n²ⁿ⁺；
（6）在每個鈦的晶胞中含有鈦原子數為8×$\frac{1}{8}$+$\frac{1}{2}$=4，設晶胞的連長為a，根據ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×48}{\frac{{N}_{A}}{{a}^{3}}}$所以a=$\root{3}{\frac{4×48}{ρ{N}_{A}}}$=$\root{3}{\frac{192}{{N}_{A}ρ}}$，
故答案為：$\root{3}{\frac{192}{{N}_{A}ρ}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及核外電子排布、等電子體、雜化方式的判斷、晶胞的計算等知識點，難點是晶胞的計算，靈活運用公式是解本題關鍵，題目難度中等．