Question

【題目】鈦酸鋇粉體是電子陶瓷元器件的重要基礎原料。工業上以TiCl4、BaCO3、H2C2O4等物質為原料制備草酸氧鈦鋇晶體[BaTiO(C2O4)2·4H2O]，再高溫煅燒制得鈦酸鋇粉體。請回答下列問題：

(1)基態Ti原子的價電子排布圖為__，同周期元素中，基態原子未成對電子數與Ti相同的元素有___(填元素符號)。

(2)第IIA族(堿土金屬)元素的原子序數、原子半徑、第一電離勢(從元素的氣態基態原子中將一個電子移至無窮遠處時所需做的功)如下表所示。

元素	原子序數	原子半徑/pm	每一電離勢/eV
Be	4	89	9.32
Mg	12	136	7.644
Ca	20	174	6.111
Sr	38	191	5.692
Ba	56	198	5.21

①由上表數據可知，相鄰元素原子半徑差值r(Be-Mg)、r(Mg-Ca)明顯大于r(Ca-Sr)、r(Sr-Ba)，試解釋其原因__。

②由上表數據可知，隨原子序數的遞增，第IIA族元素的第一電離勢依次減小，試解釋其原因__。

(3)已知草酸分子的結構簡式為。

①草酸分子中，碳原子的雜化方式為__。

②由此結構簡式可預測草酸__(填“難溶”“微溶”或“易溶”)于水和乙醇。

③已知草酸和液溴的相關數據如下，草酸熔點高于液溴的原因是__。

名稱	化學式	相對子質量	熔點
草酸	H2C2O4	90	101℃
液溴	Br2	160	-7.2℃

(4)設NA是阿伏加德羅常數的值，已知鈦酸鋇的立方晶胞結構如圖所示，晶胞中Ti原子的配位數為__，其晶胞參數約為apm，鈦酸鋇晶體的密度ρ=__g.cm-3。(列式即可)

Answer 1

【答案】 Ni、Ge、Se Be與Mg、Mg與Ca核電荷數相差8，原子核對核外電子的引力增加較小，而增加一個電子層時原子半徑增大幅度較大；Ca與Sr、Sr與Ba核電荷數相差18，原子核對核外電子的引力增加較大，而增加一個電子層時原子半徑增大幅度較小 隨著原子序數的遞增，原子半徑依次增大，原子核對最外層電子的引力減弱，第一電離勢依次減小 sp2 易溶 草酸能形成分子間氫鍵，熔點較高；液溴分子間只存在范德華力，熔點較低 6

【解析】

(1)基態Ti原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，由此可畫出價電子排布圖，同周期元素中，基態原子未成對電子數與Ti相同的元素，其價電子排布可能為3d84s2、4s24p2、4s24p4。

(2)①由上表數據可知，相鄰元素原子半徑差值r(Be-Mg)、r(Mg-Ca)明顯大于r(Ca-Sr)、r(Sr-Ba)，可從核電荷數的變化、原子半徑的變化進行解析。

②由上表數據可知，隨原子序數的遞增，第IIA族元素的第一電離勢依次減小，從原子半徑變化及原子核對外層電子的吸引力解釋原因。

(3)①草酸分子中，碳原子的價層電子對數為3，由此可得出雜化方式。

②草酸分子中含有水溶性基團羧基，由此可預測草酸在水和乙醇中的溶解性。

③草酸和液溴都形成分子晶體，草酸分子間能形成氫鍵，熔點高于液溴。

(4)從晶胞中Ti原子周圍O原子的分布，可確定其配位數；由晶胞參數可求出體積，再利用晶胞中所含原子數計算質量，最后求出鈦酸鋇晶體的密度。

(1)基態Ti原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，由此可畫出價電子排布圖為，同周期元素中，基態原子未成對電子數與Ti相同的元素，其價電子排布可能為3d84s2、4s24p2、4s24p4，則對應元素為Ni、Ge、Se。答案為：；Ni、Ge、Se；

(2)①由上表數據可知，相鄰元素原子半徑差值r(Be-Mg)、r(Mg-Ca)明顯大于r(Ca-Sr)、r(Sr-Ba)，可從核電荷數的變化、原子半徑的變化進行解析，其原因為Be與Mg、Mg與Ca核電荷數相差8，原子核對核外電子的引力增加較小，而增加一個電子層時原子半徑增大幅度較大；Ca與Sr、Sr與Ba核電荷數相差18，原子核對核外電子的引力增加較大，而增加一個電子層時原子半徑增大幅度較小。答案為：Be與Mg、Mg與Ca核電荷數相差8，原子核對核外電子的引力增加較小，而增加一個電子層時原子半徑增大幅度較大；Ca與Sr、Sr與Ba核電荷數相差18，原子核對核外電子的引力增加較大，而增加一個電子層時原子半徑增大幅度較小；

②由上表數據可知，隨原子序數的遞增，第IIA族元素的第一電離勢依次減小，從原子半徑變化及原子核對外層電子的吸引力解釋，其原因為隨著原子序數的遞增，原子半徑依次增大，原子核對最外層電子的引力減弱，第一電離勢依次減小。答案為：隨著原子序數的遞增，原子半徑依次增大，原子核對最外層電子的引力減弱，第一電離勢依次減小；

(3)①草酸分子中，碳原子的價層電子對數為3，則碳原子的雜化方式為sp2。答案為：sp2；

②草酸分子中含有水溶性基團羧基，由此可預測草酸易溶于水和乙醇。答案為：易溶；

③草酸和液溴都形成分子晶體，草酸分子間能形成氫鍵，由此確定草酸熔點高于液溴的原因是草酸能形成分子間氫鍵，熔點較高；液溴分子間只存在范德華力，熔點較低。答案為：草酸能形成分子間氫鍵，熔點較高；液溴分子間只存在范德華力，熔點較低；

(4)晶胞中，Ti原子周圍距離最近的O原子位于棱的中點，由此可確定其配位數為=6；在晶胞內，含有1個Ba離子，含Ti原子數為8×=1，O原子數為12×=3，則鈦酸鋇晶體的密度ρ==g.cm-3。答案為：6；。