Question

10．金屬鈦（Ti）是一種具有許多優(yōu)良性能的金屬，鈦和鈦合金被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要金屬材料．
（l） Ti（BH₄）₂是一種過渡元素硼氫化物儲(chǔ)氫材料．
①Ti²⁺基態(tài)的電子排布式可表示為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²．
②BH₄^-的空間構(gòu)型是正四面體（用文字描述）．
③與鈦同周期的所有元素的基態(tài)原子中，未成對(duì)電子數(shù)與鈦相同的元素有3種．
（2）二氧化鈦（TiO₂ ）是常用的、具有較高催化活性和穩(wěn)定性的光催化劑，常用于污水處理．
①納米TiO₂催化的一個(gè)實(shí)例如圖1所示．

化合物甲的分子中采取sp²雜化方式的碳原子個(gè)數(shù)為7，化合物乙中采取 sp³雜化的原子的第一電離能由小到大的順序?yàn)镃＜O＜N．
②在 TiO₂催化作用下，可將CN^- 氧化成CNO^-，進(jìn)而得到N₂．與CNO^- 互為等電子體的分子、離子化學(xué)式分別為CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）、SCN^-或（N₃^-）（各寫一種）．
（3）金屬鈦內(nèi)部原子的堆積方式與銅相同，都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(shù)為N_A，則該晶胞的邊長(zhǎng)為$\root{3}{\frac{192}{{N}_{A}ρ}}$cm．

Answer 1

分析 （1）①鈦是22號(hào)元素，Ti²⁺核外有20個(gè)電子；
②BH₄^-中B原子價(jià)層電子對(duì)=4+$\frac{1}{2}$（3+1-4×1）=4，結(jié)合價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定空間構(gòu)型；
③鈦的3d軌道上有未成對(duì)電子數(shù)為2個(gè)，位于第四周期，在同一周期中另外還有Ni的3d軌道上有8個(gè)電子即有2個(gè)未成對(duì)，Ge的4p軌道上有2個(gè)電子即有2個(gè)未成對(duì)，Se的4p軌道上有4個(gè)電子即有2個(gè)未成對(duì)；
（2）①根據(jù)碳原子組成的空間構(gòu)型和成鍵類型來確定其雜化方式；判斷以sp³雜化的原子，再根據(jù)第一電離能的遞變規(guī)律判斷其第一電離能的大小；
②等電子體中原子個(gè)數(shù)相等價(jià)電子數(shù)相等；
（3）在每個(gè)鈦的晶胞中含有鈦原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+$6×\frac{1}{2}$=4，設(shè)晶胞的連長(zhǎng)為a，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$計(jì)算得晶胞的體積，再計(jì)算得晶胞的邊長(zhǎng)．

解答 解：（1）①鈦是22號(hào)元素，Ti²⁺核外有20個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理知其基態(tài)核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²；
②BH₄^-中B原子價(jià)層電子對(duì)=4+$\frac{1}{2}$（3+1-4×1）=4，且沒有孤電子對(duì)，所以是正四面體結(jié)構(gòu)，
故答案為：正四面體；
③鈦的3d軌道上有未成對(duì)電子數(shù)為2個(gè)，位于第四周期，在同一周期中另外還有Ni的3d軌道上有8個(gè)電子即有2個(gè)未成對(duì)，Ge的4p軌道上有2個(gè)電子即有2個(gè)未成對(duì)，Se的4p軌道上有4個(gè)電子即有2個(gè)未成對(duì)，所以未成對(duì)電子數(shù)與鈦相同的元素有Ni、Ge、Se，共3種，
故答案為：3；
（2）①化合物甲中苯環(huán)C和羰基C以sp²雜化，共7個(gè)C；以sp³雜化方式的原子有O、N、C，由于N原子2p軌道半充滿，第一電離能高于O，
故答案為：7；C＜O＜N；
②CNO^-中含有3個(gè)原子，16個(gè)價(jià)電子，所以其等電子體中分子為：CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等），離子為：SCN^-或（N₃^-）等，
故答案為：CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）；SCN^-或（N₃^-）；
（3）在每個(gè)鈦的晶胞中含有鈦原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+$6×\frac{1}{2}$=4，設(shè)晶胞的連長(zhǎng)為a，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$有，$ρ=\frac{\frac{4×48}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$，所以a=$\root{3}{\frac{4×48}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\root{3}{\frac{192}{{N}_{A}ρ}}$cm，
故答案為：$\root{3}{\frac{192}{{N}_{A}ρ}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，涉及核外電子排布、等電子體、雜化方式的判斷、空間構(gòu)型的判斷、晶胞的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生的分析、計(jì)算能力，難點(diǎn)是晶胞的計(jì)算，靈活運(yùn)用公式是解本題關(guān)鍵，難度中等．