Question

【題目】2016年中國科學家成功合成NiO/TiO2電解水催化劑和新型高效的鈣鈦礦太陽能電池，為解決能源危機保護環境作出了重大貢獻。請回答下列問題：

(1)TiO2與焦炭、Cl2在高溫下反應的化學方程式為：TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO。

①基態鈦原子的價電子排布式為_________________。

②該反應中涉及到的非金屬元素的電負性大小順序為_______________________。

(2)已知NiO/TiO2催化化合物甲生成化合物乙的過程如圖所示：

化合物甲的沸點小于化合物乙的沸點，主要原因是___________________。在化合物乙中，氧原子的雜化方式是______________。

(3)CH3NH3+、Ti4+、Pb2+、Cl-等離子是組成新型鈣鈦礦太陽能電池的主要離子。CH3NH3+離子中H—N—H鍵的鍵角比NH3分子中H—N—H鍵的鍵角 ______ （填“大”或“小”），原因是_____________ 。

(4)Sb(銻)和Ga(鎵)的鹵化物有很多用途。一定條件下將SbCl3與GaCl3以物質的量之比為l：l反應得到一種固態離子化合物，有人提出了以下兩種結構。你認為下列關于結構和說法中合理的是 ____ 。

a. [SbCl2+][GaCl4-] b. [GaCl2+][SbCl4-] c. 沒有相關資料，無法判斷

(5)金屬鈦晶胞(如圖1所示)中有若干個正四面體空隙，圖1中a、b、c、d四個鈦原子形成的正四面體其內部空隙中可以填充其他原子。

①請回答，金屬鈦晶胞的結構屬于____________。

a. 簡單立方 b. 體心立方 c. 面心立方 d. 金剛石型

②若晶胞中所有的正四面體空隙中都填充氫原子，那么形成的氫化鈦的化學式為______________。

(6)某鈣鈦礦太陽能電池材料的晶胞如圖2所示，其晶胞參數為d pm、密度為ρ g·cm-3。則該晶體的摩爾質量________ g·mol-1。（用含d、ρ等符號的式子表示，用NA表示阿伏加德羅常數的值）

Answer 1

【答案】3d24s2 O＞Cl＞C 二者均為分子晶體，化合物乙能形成分子間氫鍵 sp3 大 成鍵電子(C-N鍵)對H-N鍵的排斥力小于孤電子對對H-N鍵的排斥力 a c TiH2 d3ρNA×10-30

【解析】

(1)①Ti是22號元素，核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d24s2，其價層電子排布式是3d24s2，

②在反應TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO中涉及的非金屬元素有C、O、Cl，元素的非金屬性O＞Cl＞C，元素的非金屬性越強，其相應的電負性也越大，故三種元素的電負性由大到小的順序為O＞Cl＞C；

(2)化合物甲、乙都是由分子構成的分子晶體，分子之間通過分子間作用力結合，而化合物乙中還含有氨基，由于N原子半徑小，元素非金屬性強，分子之間還存在氫鍵，增加了分子之間的吸引力，使得乙的熔沸點比甲高；在化合物乙中O原子價層電子對數是4，因此O原子雜化類型為sp3雜化；

(3)由于孤對電子與成鍵電子對間的排斥作用大于成鍵電子對之間排斥作用，所以對于CH3NH3+離子中，成鍵電子(C-N鍵)對H-N鍵的排斥力小于孤電子對對H-N鍵的排斥力，所以H—N—H鍵的鍵角比NH3分子中H—N—H鍵的鍵角大；

(4)SbCl3中Sb原子周圍價層電子對數為4，而GaCl3分子中Ga原子周圍價層電子對數為3，是電子對的接受體，更容易與Cl-上的孤電子對結合，形成配位鍵，構成[GaCl4-]離子，因此可能結構應是[SbCl2+][GaCl4-]，故合理選項是a；

(5)①根據晶體Ti的結構可知：Ti原子在晶胞的頂點和面心上，因此Ti屬于面心立方最密堆積，故合理選項是c；

②在Ti晶胞中含有Ti原子數目為8×+6×=4，若a、b、c、d四個鈦原子形成的正四面體其內部空隙中可以填充其他原子，根據圖示可知1個Ti晶胞可以形成8個正四面體，則可填充8個H原子，所以該晶體中Ti、H原子個數比為4：8=1：2，故化合物的化學式為TiH2；

(6)晶胞參數為d pm=d×10-10 cm，密度為ρ g·cm-3，則根據可知該晶體的晶胞質量為m=(d×10-10cm)3×ρ g·cm-3=d3ρ×10-30 g，1 mol物質中含有晶胞數目為NA，所以該晶體的摩爾質量M=mNA=d3ρ×10-30 g×NA/mol=d3ρNA×10-30 g/mol。