Question

【題目】2019 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三位開發(fā)鋰離子電池的科學(xué)家。TiS2、LiCoO2 和 LiMnO2 等都是他們研究鋰離子電池的載體�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

（1）基態(tài) Ti 原子的價(jià)層電子排布圖為____。

（2）在第四周期 d 區(qū)元素中，與 Ti 原子未成對(duì)電子數(shù)相同的元素名稱________。

（3）金屬鈦的原子堆積方式如圖所示，則金屬鈦晶胞俯視圖為______。

（4）已知第三電離能數(shù)據(jù)：I3（Mn）＝3246 kJ·mol-1，I3（Fe）＝2957 kJ·mol-1。錳的第三電離能大于鐵的第三電離能，其主要原因是______。

（5）據(jù)報(bào)道，在 MnO2 的催化下，甲醛可被氧化成 CO2，在處理含 HCHO 的廢水或空氣方面有廣泛應(yīng)用。HCHO中鍵角________CO2 中鍵角（填“大于”“小于”或“等于”）。

（6）Co3+、Co2+能與 NH3、H2O、SCN-等配體組成配合物。

①1 mol[ Co（NH3）6]3+含______mol σ鍵。

②配位原子提供孤電子對(duì)與電負(fù)性有關(guān)，電負(fù)性越大，對(duì)孤電子對(duì)吸引力越大。SCN-的結(jié)構(gòu)式為[S＝C＝N] -，SCN-與金屬離子形成的配離子中配位原子是_______（填元素符號(hào)）。

（7）工業(yè)上，采用電解熔融氯化鋰制備鋰，鈉還原 TiCl4（g）制備鈦。已知：LiCl、TiCl4的熔點(diǎn)分別為 605℃、－24℃，它們的熔點(diǎn)相差很大，其主要原因是________。

（8）鈦的化合物晶胞如圖所示。

二氧化鈦晶胞如圖 1 所示，鈦原子配位數(shù)為______。氮化鈦的晶胞如圖 2 所示， 圖 3 是氮化鈦的晶胞截面圖（相鄰原子兩兩相切）。已知：NA 是阿伏加德羅常數(shù)的值，氮化鈦晶體密度為 d g·cm-3。氮化鈦晶胞中 N 原子半徑為________pm。

Answer 1

【答案】 鎳 D Mn2+價(jià)層電子排布式為3d54s2達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不易失電子形成Mn3+，Fe2+價(jià)電子排布式為3d6，要失去1個(gè)電子才達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，較易形成Fe3+，所以錳的第三電離能大于鐵 小于 24 S 氯化鋰是離子化合物，屬于離子晶體，氯化鈦是共價(jià)化合物，屬于分子晶體，離子晶體里的離子鍵要比分子晶體里的分子間作用力強(qiáng) 6

【解析】

(1)基態(tài)Ti原子的價(jià)電子排布式為3d24s2，結(jié)合泡利原理、洪特規(guī)則畫出價(jià)電子排布圖；

(2)在第四周期d區(qū)元素中，與Ti原子未成對(duì)電子數(shù)相同，該元素核外電子排布式為[Ar]3d84s2；

(3)Ti原子密置層排列為ABABAB…排列方式，屬于六方最密堆積，平行六面體的晶胞上下底面為菱形，平行六面體均分為2個(gè)正三棱柱，其中1個(gè)正三棱柱的中心有1個(gè)Ti原子，金屬鈦晶胞俯視圖與D相符合；

(4)原子軌道處于半滿、全滿時(shí)能量更低更穩(wěn)定；

(5)HCHO和CO2中C原子雜化方式不同；

(6)①1個(gè)[Co(NH3)6]3+中含有18個(gè)共價(jià)鍵，6個(gè)配位鍵，配位鍵也是σ鍵；②SCN-的結(jié)構(gòu)式為[S＝C＝N]-，C原子沒(méi)有孤對(duì)電子，N和S都有孤對(duì)電子，電負(fù)性越大，對(duì)孤電子對(duì)吸引力越大；

(7)離子晶體比分子晶體熔點(diǎn)高；

(8)由圖1里面1個(gè)晶胞里Ti、O兩種原子的個(gè)數(shù)可知Ti原子的配位數(shù)，由圖2可知1個(gè)晶胞里各原子的個(gè)數(shù)，計(jì)算出晶胞的質(zhì)量，結(jié)合密度計(jì)算晶胞的體積，晶胞的體積開三次方得到晶胞的棱長(zhǎng)，再由圖3中兩種原子半徑與棱長(zhǎng)的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算；

根據(jù)以上分析進(jìn)行解答。

(1)Ti的原子序數(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，價(jià)電子排布式為3d24s2，價(jià)電子排布圖為：。

答案為：。

(2)Ti原子未成對(duì)電子數(shù)為2，在第四周期d區(qū)元素中，與Ti原子未成對(duì)電子數(shù)相同的元素的電子排布式為：1s22s22p63s23p63d84s2，為鎳元素。

答案為：鎳。

(3)根據(jù)金屬鈦的原子堆積方式可知，該堆積方式為ABABABA…晶胞結(jié)構(gòu)為，故金屬鈦晶胞俯視圖為D。

答案為：D。

(4)Mn2+價(jià)層電子排布式為3d54s2達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不易失電子形成Mn3+，Fe2+價(jià)電子排布式為3d6，要失去1個(gè)電子才達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，較易形成Fe3+，所以錳的第三電離能大于鐵。

答案為：Mn2+價(jià)層電子排布式為3d54s2達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不易失電子形成Mn3+，Fe2+價(jià)電子排布式為3d6，要失去1個(gè)電子才達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，較易形成Fe3+，所以錳的第三電離能大于鐵。

(5)HCHO分子是平面結(jié)構(gòu)，鍵角接近120，而CO2的鍵角是180，C原子的雜化類型不同，鍵角不同。

答案：小于。

(6)①1個(gè)NH3含有3個(gè)共價(jià)鍵，還能形成1個(gè)配位鍵，共價(jià)鍵和配位鍵都是σ鍵，所以1mol[Co(NH3)6]3+含24molσ鍵。

答案：24。

②SCN-的結(jié)構(gòu)式為[S＝C＝N]-，C原子沒(méi)有孤對(duì)電子，N和S原子都有孤對(duì)電子，電負(fù)性越大對(duì)孤電子對(duì)吸引力越強(qiáng)，越不易給出電子形成配位鍵，N的電負(fù)性大于S，所以SCN-與金屬離子形成的配離子中配位原子是S。

答案為：S。

(7)依題意，氯化鋰是離子化合物，屬于離子晶體，氯化鈦是共價(jià)化合物，屬于分子晶體，離子晶體里的離子鍵要比分子晶體里的分子間作用力強(qiáng)，所以離子晶體的熔點(diǎn)比較高。

答案為：氯化鋰是離子化合物，屬于離子晶體，氯化鈦是共價(jià)化合物，屬于分子晶體，離子晶體里的離子鍵要比分子晶體里的分子間作用力強(qiáng)。

(8)圖1中，由均攤法可知1個(gè)晶胞含2個(gè)黑球4個(gè)白球(2個(gè)白球在體內(nèi)，4個(gè)白球在面心)，所以黑球?yàn)殁仯�白球�(yàn)檠酰?/span>1個(gè)鈦與6個(gè)氧相連，鈦的配位數(shù)為6；由圖2可知1個(gè)晶胞含4個(gè)TiN，TiN的相對(duì)式量為62，圖3棱上三個(gè)粒子相切，設(shè)晶胞棱長(zhǎng)為a，d=，a=，[4r(Ti)]2=2a2，r(Ti)=a，2r(Ti)+2r(N)=a，r(N)=。

答案為：6；。