Question

【題目】鈦與鐵是很重要的金屬。已成為化工生產中重要的材料。回答下列問題：

（1）基態鈦原子的價電子排布式為__________________，金屬鈦晶胞如下左圖所示，晶胞參數為a=b= 295.08pm，c=468.55pm，α=β=90%，y= 120%。金屬鈦為______________堆積(填堆積方式)。

（2）用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得到多空的海綿鈦。已知TiCl4在通常情況下是無色液體，熔點為-23℃，沸點為136℃，可知TiCl4為____________晶 體。

（3）通過X-射線探明KCl、CaO、TiN晶體與NaCl晶體結構相似，且知兩種離子晶體的晶格能數據如下：

離子晶體	KCl	CaO
晶格能(kJ/mol)	715	3401

解釋KCl晶格能小于CaO的原因：_______________。

鈦可與C、N、O等元素形成二元化合物。C、N、O元素的電負性由大到小的順序是________。

(4)鈣鈦礦晶體的結構如下右圖所示。晶體的化學式為_________________。

晶胞中的原子可用x、y、z組成的三數組來表達它在晶胞中的位置，稱為原子坐標。已知原子坐標為A(0，0，0)；B(0，1/2，0)；則Ca 離子的原子坐標為______________。

（5）Fe有δ、γ、α三種同素異形體，其晶胞結構如下圖所示：

①δ、α兩種晶體晶胞中鐵原子的配位數之比為_______________________。

②若Fe原子半徑為rpm，NA表示阿伏加德羅常數的值，則δ-Fe單質的密度為________g/cm3(列出算式即可)。

Answer 1

【答案】 3d24s2 六方最密 分子 KCl、CaO均形成的結構相似的離子晶體，而K+半徑大于Ca2+，K+電荷量小于Ca2+的、Cl-半徑大于O2-，Cl-電荷量小于O2-的，故KCl 晶格能小于CaO的晶格能 O>N>C CaTiO3 4:3

【解析】（1）基態鈦原子的價電子排布式為3d24s2。由金屬鈦晶胞示意圖及晶胞參數可知，金屬鈦為六方最密堆積。

（2）用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得到多空的海綿鈦。已知TiCl4在通常情況下是無色液體，熔點為-23℃，沸點為136℃，其熔點和沸點較低，所以TiCl4為分子晶體。

（3）KCl和CaO與NaCl晶體結構相似，兩種離子晶體的晶格能的大小由其離子鍵的強度決定，而離子鍵的強度與離子半徑和離子電荷數兩個方面共同決定。KCl晶格能小于CaO的原因是：KCl、CaO均形成的是結構相似的離子晶體，而K+半徑大于Ca2+，K+電荷量小于Ca2+的、Cl-半徑大于O2-，Cl-電荷量小于O2-的，故KCl晶格能小于CaO的晶格能。同一周期的主族元素從左到右，電負性依次增大，所以C、N、O元素的電負性由大到小的順序是O>N>C。

(4)由鈣鈦礦晶體的結構示意圖可知，該晶胞內有1個鈣原子，氧原子的數目為，鈦原子的數目為，所以該晶體的化學式為CaTiO3。已知原子坐標為A(0，0，0)、B(0，1/2，0)，則A為坐標原點，因為B位于晶胞y軸上且為棱的中心、鈣離子在晶胞的體心，所以Ca離子的原子坐標為。

（5）①由圖可知，δ-Fe晶胞為體心立方，其配位數為8，α-Fe晶胞為簡單立方，其配位數為6，所以，兩種晶體晶胞中鐵原子的配位數之比為4:3。

②δ-Fe晶胞為體心立方，若Fe原子半徑為rpm，則晶胞的邊長為。NA表示阿伏加德羅常數的值，δ-Fe晶胞中有2個原子，NA個δ-Fe晶胞的質量和體積分別為56和，則δ-Fe單質的密度為g/cm3。