Question

5．鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，制備金屬鈦的一種流程如下：

回答下列問題：
（1）基態(tài)鈦原子的價電子排布圖為，其原子核外共有22種運動狀態(tài)不相同的電子．金屬鈦晶胞如圖1所示，為六方最密堆積（填堆積方式）．
（2）已知TiCl₄在通常情況下是無色液體，熔點為-37℃，沸點為136℃，可知TiCl₄為分子晶體．
（3）納米TiO₂是一種應用廣泛的催化劑，其催化的一個實例如圖2．化合物乙的沸點明顯高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子間形成氫鍵．化合物乙中采取sp³雜化的原子的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞C．

（4）硫酸氧鈦晶體中陽離子為鏈狀聚合形式的離子，結(jié)構(gòu)如圖3所示．該陽離子Ti與O的原子數(shù)之比為1：1，其化學式為TiO²⁺（或[TiO]_n²ⁿ⁺）．

（5）鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)如圖4所示．鈦離子位于立方晶胞的角頂，被6個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個氧離子包圍．鈣鈦礦晶體的化學式為CaTiO₃．

Answer 1

分析 （1）Ti原子價電子為3d、4s電子，3d能級上有2個電子、4s能級上有2個電子；原子核外有幾個電子其電子就有幾種運動狀態(tài)；該晶體為六方最密堆積；
（2）分子晶體熔沸點較低；
（3）氫鍵的存在導致物質(zhì)熔沸點升高；同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；
（4）每個O原子被兩個Ti原子共用、每個Ti原子被兩個O原子共用，利用均攤法計算二者原子個數(shù)之比；
Ti元素為+4價、O元素為-2價，據(jù)此書寫其化學式；
（5）鈦離子位于立方晶胞的角頂，被6個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個氧離子包圍；每個晶胞中鈦離子和鈣離子均為1個，晶胞的12個邊長上各有一個氧原子，根據(jù)均攤原則計算各原子個數(shù)，從而確定化學式．

解答 解：（1）Ti原子價電子為3d、4s電子，3d能級上有2個電子、4s能級上有2個電子，其價電子排布圖為；原子核外有幾個電子其電子就有幾種運動狀態(tài)，Ti原子核外有22個電子，所以其原子核外電子有22種運動狀態(tài)；該晶體為六方最密堆積，
故答案為：；22；六方最密；
（2）分子晶體熔沸點較低，該物質(zhì)熔沸點較低，屬于分子晶體，故答案為：分子；
（3）氫鍵的存在導致物質(zhì)熔沸點升高，乙中含有氫鍵、甲不含氫鍵，所以化合物乙熔沸點高于甲；能形成sp³雜化的原子有C、N、O元素，同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以第一電離能N＞O＞C，
故答案為：化合物乙分子間形成氫鍵；N＞O＞C；
（4）每個O原子被兩個Ti原子共用、每個Ti原子被兩個O原子共用，利用均攤法計算二者原子個數(shù)之比為1：1；
Ti元素為+4價、O元素為-2價，據(jù)此書寫其化學式為，
故答案為：1：1；TiO²⁺（或[TiO]_n²ⁿ⁺）；
（5）鈦離子位于立方晶胞的角頂，被6個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個氧離子包圍；每個晶胞中鈦離子和鈣離子均為1個，晶胞的12個邊長上各有一個氧原子，根據(jù)均攤原則，每個晶胞實際占有氧原子數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$=3，則晶胞的化學式為CaTiO₃，
故答案為：6；12；CaTiO₃．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點，涉及晶胞計算、元素周期律、晶體類型判斷、原子核外電子排布式的書寫等知識點，側(cè)重考查學生分析判斷及計算、空間想象能力等，明確基本原理及基本性質(zhì)即可解答，難點是晶胞計算．