Question

【題目】鈦由于其穩定的化學性質，良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿以及高強度、低密度，被美譽為“未來鋼鐵”、“戰略金屬”。

(1)基態鈦原子核外共有_____種運動狀態不相同的電子，價電子排布式____________________；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有__種。

(2)鈦比鋼輕、比鋁硬，是一種新興的結構材料。鈦硬度比鋁大的原因是___________________。

(3) TiCl4是氧化法制取鈦的中間產物。TiCl4分子結構與CCl4相同，在常溫下都是液體。TiCl4分子的空間構型是_______________，Ti原子采取____雜化方式；TiCl4穩定性比CCl4差，極易水解，試從結構分析其原因：_______________________________。

(4)鈣鈦礦材料是一類有著與鈦酸鈣(CaTiO3)相同晶體結構的材料，這種奇特的晶體結構讓它具備了很多獨特的理化性質，比如吸光性、電催化性等。CaTiO3晶體結構如圖所示。其中，A代表__________(寫離子符號)，它的配位數是___________。

Answer 1

【答案】 22 3d24s2 3 鈦原子的價電子數比Al多，金屬鍵更強 正四面體 sp3 鈦原子半徑比碳大，Ti-Cl鍵比C-Cl鍵的鍵長大、鍵能低，易斷裂 Ca2+ 12

【解析】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；Ti位于第四周期，與鈦同周期的所有元素的基態原子中，Ti原子未成對電子數是2，未成對電子數與鈦相同的元素有Ni、Ge、Se；

詳解：（1）原子核外有幾個電子其電子就有幾種運動狀態，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；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，其價電子排布式為3d24s2；（1）Ti位于第四周期，與鈦同周期的所有元素的基態原子中，Ti原子未成對電子數是2，未成對電子數與鈦相同的元素有Ni、Ge、Se共3種；(2)鈦硬度比鋁大的原因是鈦原子的價電子數比Al多，金屬鍵更強；(3)TiCl4的價層電子對數=4+ (4-4×1)=4,TiCl4分子中4個氯原子不在同一平面上，所以TiCl4的空間構型為正四面體型；Ti原子采取sp3雜化方式；鈦原子半徑比碳大，Ti-Cl鍵比C-Cl鍵的鍵長大、鍵能低，易斷裂，故TiCl4穩定性比CCl4差，極易水解；（4）由圖可知，因在晶體中Ti4+ 位于頂點而O2- 位于面心，所以CaTiO3 晶體中每個Ti4+ 與12個O2- 相鄰，根據均攤法計算，鈣離子位于體心，則A 代表Ca2+，它的配位數是12。