Question

【題目】金屬鈦及其化合物被廣泛應用于飛機、火箭、導彈、人造衛星、宇宙飛船、艦艇、軍工、醫療以及石油化工等領域，人們稱鈦為“21世紀金屬”。自然界中鈦的一種存在形式為金紅石(主要成分是TiO2)。回答下列問題：

(1)基態鈦原子的價電子排布式為__________________，與鈦同周期的元素中，基態原子的未成對電子數與鈦相同的元素分別是_________________(填元素符號)。

(2)鈦的硬度大于鋁，其原因是_________________________。

(3)Ti(BH4)3是一種儲氫材料，可由TiCl4和LiBH4反應制得。

①TiCl4熔點為-24℃，沸點為136.4℃，室溫下為無色液體，可溶于甲苯和氯代烴，固態TiCl4屬于___________晶體。

②LiBH4由Li+和BH4-構成，BH4-的空間構型是______，B原子的雜化軌道類型是___________。

(4)用鋅還原TiCl4的鹽酸溶液，經后續處理可制得綠色的晶體[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O。該晶體所含元素中，電負性最大的元素是___________，與Ti形成配位鍵的配體是___________，1mol該配合物中含有σ鍵的數目為___________。

(5)TiO2晶胞是典型的四方系結構，其晶胞結構如圖所示(晶胞中相同位置的原子相同)，其中A、B、C的原子坐標分別為A(0，0，0)、B(0.69a，0.69a，c)、C(a，a，c)，則D的原子坐標為D(0.19a，_____，______)，鈦氧鍵的鍵長d=___________(用代數式表示)。

Answer 1

【答案】3d24s2 Ni、Ge、Se Ti原子的價電子數比Al多，金屬鍵更強 分子晶體 正四面體 sp3 O H2O、Cl- 18mol(或18NA或18×6.02×1023) 0.81a 0.5c 0.31×

【解析】

(1)根據構造原理，由原子序數即可寫出基態原子的電子排布式，進而可寫出價電子排布式；Ti未成對電子數為2，然后根據Ti處的周期及未成對電子數確定元素；

(2)金屬鍵強度越大，金屬的硬度大，晶體的熔沸點高；

(3)①分子晶體中構成微粒分子以微弱的分子間作用力結合，晶體的熔沸點低，硬度小；

②計算B原子孤電子對數、價層電子對確定空間構型與B原子雜化方式；

(4)在晶體[TiCl(H2O)5Cl2·H2O]中涉及的元素有Ti、Cl、H、O四種元素，元素的非金屬性越強，電負性越大；配離子[TiCl(H2O)5]2+中含有共價鍵、配位鍵，配位體是Cl-、H2O，外界微粒是2個Cl-、1個H2O；

(5)根據A、B、C的原子坐標，坐標系原點選取為A，根據立體幾何知識分析D的原子坐標并計算鈦氧鍵鍵長d。

(1)鈦為22號元素，基態電子排布式為：[Ar]3d24s2，則基態鈦原子的價電子排布式為3d24s2；與鈦同周期元素中，基態原子的未成對電子數與鈦相同的有Ni，Ge，Se，共3種；

(2)鈦硬度比鋁大，是因為Ti原子的價電子數比Al多，故其金屬鍵更強；

(3)①TiCl4熔點為-24℃，沸點為136.4℃，室溫下為無色液體，可溶于甲苯和氯代烴，根據相似相容原理，可知TiCl4是由分子構成的，分子間以分子間作用力結合，由于分子間作用力很小，所以組成的分子晶體的熔沸點低，因此固態TiCl4屬于分子晶體；

②BH4-中B原子價層電子數=4+=4，且不含孤電子對，所以空間構型為正四面體結構，中心B原子的雜化方式采取sp3雜化；

(4)在晶體[TiCl(H2O)5Cl2·H2O]中含有Ti、Cl、H、O四種元素，元素的非金屬性越強，電負性越大。由于元素的非金屬性最強的元素的O元素，所以O的電負性最大；

晶體[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中內界離子是[TiCl(H2O)5]2+，中心離子是Ti3+，配位體是Cl-、H2O；配位數是6,；外界離子是2個Cl-，配離子[TiCl(H2O)5]2+中含有共價鍵、配位鍵，[TiCl(H2O)5]2+中含有6個配位鍵，也屬于σ鍵，水分子中含有2個σ鍵，故1mol[TiCl(H2O)5]Cl2H2O中含有18molσ鍵；

(5) A、B、C的原子坐標分別為A（0，0，0）、B（0.69a，0.69a，c）、C（a，a，c），在TiO2晶胞中，Ti處于晶胞的頂點和體心，其余的是O原子，體心Ti周圍有8個O形成八面體結構，上底面結構為：，中間半層的結構為，l即為鈦氧鍵的鍵長d，根據上底面結構，d=(a0.69a)×=0.31×a；D處于高的一半處所在的平面，根據中間半層的結構分析，l=d=0.31×a，已知D的x坐標為0.19a，則y=a-0.19a=0.81a，所以D的坐標為(0.19a，0.81a，0.5c)。