Question

【題目】鈣鈦礦可以制成太陽能電池、發光二極管和催化劑，甚至可以制成未來量子計算機的元件。鈣鈦礦并不是專指某種含鈣和鈦的化合物，而是一類具有ABX3組成的晶體材料的總稱，其中A和B是陽離子，X是陰離子。

(1)歷史上所發現的第一種鈣鈦礦，是天然礦物鈦酸鈣(CaTiO3)，其中Ti4 +的核外電子排布式為____；鈦酸鈣中兩種陽離子中半徑較大的是__。

(2)一種有機鹵化鉛鈣鈦礦是由[CH (NH2)2]+、Pb2+和Cl-構成的，這種鈣鈦礦的化學式為___，在［CH(NH2)2］+中碳原子的雜化方式為____。

(3)2018年我國科學家制得世界首例無金屬鈣鈦礦材料。下列有機陽離子均可用于制備無金屬鈣鈦礦：

其中含有手性碳原子的是____(填序號)。

(4)如圖是CaTiO3的兩種晶胞結構示意圖，兩種晶胞的參數均為a＝b＝c＝379. 5 pm，α=β=γ=90°；

在晶胞I中氧離子占據的是___(填“體心”“面心”或“頂點”)，在晶胞II中氧離子之間最近的距離是___pm(列出計算表達式)。

(5)無金屬鈣鈦礦MDABCO—NH4 I3的晶胞類型與CaTiO3相同。若在MDABCO－NH4I3的晶胞中NH4＋的分數坐標為(，，)，其中一種I-的分數坐標為(0，0，)，則MDABCO的分數坐標為___。與MDABCO 距離最近的I-的個數為____個。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p6 Ca2+ [CH(NH2)2]PbCl3 sp2 Ⅱ和Ⅳ 面心 (0,0,0) 6

【解析】

(1)Ti的核電荷數為22，按照電子排布規律寫出其電子排布式；Ca2+和Ti4+的離子核外排布相同，核電荷數大，離子半徑小；

(2)化合物是電中性的，正負化合價代數和為0；根據［CH(NH2)2］+中碳原子價層電子對數判斷雜化軌道方式；

(3)碳原子連接4個不同的原子或原子團時為手性碳原子；

(4) 根據均攤法可知晶胞中含有氧離子數目為3，再結合晶胞I結構分析即可；晶胞II中氧離子位于立方體的棱邊上，兩個直接相連的棱邊上氧離子間的距離最短；

(5)無金屬鈣鈦礦MDABCO—NH4I3的晶胞類型與CaTiO3相同；若在MDABCO－NH4I3的晶胞中NH4＋的分數坐標為(，，)，其中一種I-的分數坐標為(0，0，)，則NH4＋位于立方體的體心，I-位于立方體的棱邊上，晶胞類型為晶胞II，即MDABCO位于晶胞的頂點。

(1) Ti的核電荷數為22，其電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，則Ti4 +的核外電子排布式為1s22s22p63s23p6；Ca2+和Ti4+的離子核外排布相同，核電荷數大，離子半徑小，即Ca2+半徑比Ti4+大；

(2) 有機鹵化鉛鈣鈦礦是由[CH (NH2)2]+、Pb2+和Cl-構成的，結合化合物電中性及原子的最簡式整數比原則，這種鈣鈦礦的化學式為[CH(NH2)2]PbCl3；在［CH(NH2)2］+中碳原子價層電子對數為3，無孤對電子，則碳原子的雜化方式為sp2；

(3) 碳原子連接4個不同的原子或原子團時為手性碳原子，則和中無含手性碳原子；和分子結構中紅色標注的碳原子，均連接4個不同的原子或原子團，為手性碳原子，故答案為Ⅱ和Ⅳ；

(4)在CaTiO3的晶胞I含有體心離子數有1個，頂點離子數為8×=1，面心離子數為6×=3，則氧離子占據的是面心；晶胞II中氧離子位于立方體的棱邊上，兩個直接相連的棱邊上氧離子間的距離最短，氧離子之間最近的距離是×=pm；

(5)在MDABCO－NH4I3的晶胞中NH4＋的分數坐標為(，，)，其中一種I-的分數坐標為(0，0，)，則NH4＋位于立方體的體心，I-位于立方體的棱邊上，晶胞類型為CaTiO3晶胞II，即MDABCO位于晶胞的頂點，分數坐標為(0，0，0)；與MDABCO 距離最近的I-的個數為3×8×=6。