Question

熱敏電阻PTC元件的主要成分為鋇鈦礦，其晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，該結(jié)構(gòu)是具有代表性的最小重復(fù)單位．該晶體經(jīng)X射線分析鑒定：重復(fù)單位為正方體，邊長為403.1pm，頂點(diǎn)位置為Ti⁴⁺所占，體心位置為Ba²⁺所占，所有棱心位置為O^2-所占．
回答下列問題：
（1）鈦的原子序數(shù)為22，其次外層有2個單電子，寫出鈦原子基態(tài)時核外電子排布式：

 

．
（2）寫出晶體的化學(xué)式：

 

．
（3）若Ti⁴⁺位于晶胞的體心，Ba²⁺位于晶胞的頂點(diǎn)，則O^2-處于立方體的位置是

 

．
（4）在該物質(zhì)晶體中，每個Ti⁴⁺周圍與它最鄰近且距離相等的Ti⁴⁺有

 

個，它們在空間構(gòu)成的形狀是：

 

．
（5）已知O^2-半徑為140pm，則Ti⁴⁺的半徑為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）根據(jù)構(gòu)造原理書寫鈦原子基態(tài)時核外電子排布式；
（2）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Ti⁴⁺、Ba²⁺、O^2-數(shù)目，確定比例關(guān)系書寫化學(xué)式；
（3）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個Ti⁴⁺周圍有6個O^2-，若Ti⁴⁺位于晶胞的體心，Ba²⁺位于晶胞的頂點(diǎn)，則O^2-處于立方體面心上；
（4）由晶體結(jié)構(gòu)，每個Ti⁴⁺周圍與它最鄰近且距離相等的Ti⁴⁺位于以為Ti⁴⁺交點(diǎn)棱上，補(bǔ)全晶胞可知，每個Ti⁴⁺周圍有6個，形成正八面體結(jié)構(gòu)；
（5）由晶胞結(jié)構(gòu)可知，邊長=Ti⁴⁺直徑+O^2-直徑．

解答： 解：（1）鈦原子序數(shù)為22，次外層有2個單電子，基態(tài)時核外電子排布為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²；
（2）解：由結(jié)構(gòu)可知，Ba²⁺位于體心有1個，Ti⁴⁺位于頂點(diǎn)，數(shù)目為8×

1

8

=1個，O^2-位于棱心，數(shù)目為12×

1

4

=3個，故其化學(xué)式為BaTiO₃，
故答案為：BaTiO₃；
（3）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個Ti⁴⁺周圍有6個O^2-，若Ti⁴⁺位于晶胞的體心，Ba²⁺位于晶胞的頂點(diǎn)，則O^2-處于立方體面心上，
故答案為：面心；
（4）由晶體結(jié)構(gòu)，每個Ti⁴⁺周圍與它最鄰近且距離相等的Ti⁴⁺位于以為Ti⁴⁺交點(diǎn)棱上，補(bǔ)全晶胞可知，每個Ti⁴⁺周圍有6個，形成正八面體結(jié)構(gòu)，
故答案為：6；正八面體；
（5）由晶胞結(jié)構(gòu)可知，邊長=Ti⁴⁺直徑+O^2-直徑，故Ti⁴⁺的半徑=

1

2

（403.1pm-2×140pm）=61.55pm，
故答案為：61.55．

點(diǎn)評：本題考查核外電子排布、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算，需要學(xué)生具有較好的空間想象力，晶胞中微粒配位數(shù)的解答可以結(jié)合化學(xué)式判斷或利用晶胞補(bǔ)全法，難度中等，