Question

【題目】鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，請回答下列問題：

(1)金紅石(TiO2)是鈦的主要礦物之一，基態Ti原子價層電子的排布圖為_________，基態O原子電子占據最高能級的電子云輪廓圖為 __________形。

(2)以TiO2為原料可制得TiCl4，TiCl4的熔、沸點分別為205K、409K，均高于結構與其相似的CCl4，主要原因是 __________________。

(3)TiCl4可溶于濃鹽酸得H2[TiCl6]，向溶液中加入NH4Cl濃溶液可析出黃色的(NH4)2[TiCl6]晶體。該晶體中微觀粒子之間的作用力有 ________。

A．離子鍵 B．共價鍵 C．分子間作用力 D．氫鍵 E．范德華力

(4)TiCl4可與CH3CH2OH、HCHO、CH3OCH3等有機小分子形成加合物。上述三種小分子中C原子的VSEPR模型不同于其他分子的是 _____，該分子中C的軌道雜化類型為________ 。

(5)TiO2與BaCO3一起熔融可制得鈦酸鋇。

①BaCO3中陰離子的立體構型為 ________。

②經X射線分析鑒定，鈦酸鋇的晶胞結構如下圖所示（Ti4+、Ba2+均與O2－相接觸），則鈦酸鋇的化學式為 _________。已知晶胞邊長為a pm，O2－的半徑為b pm，則Ti4+、Ba2+的半徑分別為____________pm、___________pm。

Answer 1

【答案】 啞鈴型 TiCl4的相對分子質量大于CCl4，分子間作用力更大 AB HCHO sp2 平面三角形 BaTiO3

【解析】

(1)根據元素核外電子排布規律書寫電子排布式，根據電子排布式判斷最高能級及電子云輪廓；

(2)分子晶體的熔沸點與分子間作用力有關，根據相對分子質量分析判斷；

(3)結合晶體轉化反應過程，和物質類別判斷分析化學鍵的種類；

(4)根據有機物中碳原子的成鍵方式，判斷空間構型，進而判斷碳原子雜化方式；

(5)①應用雜化軌道理論計算中心原子的價電子對數確定雜化方式分析確定立體構型；

②結合晶胞圖示計算晶胞中各原子的個數書寫其分子式，再結合晶胞微粒的相互位置關系計算微粒的半徑。

(1) Ti為38號元素，基態鈦原子核外電子排布式為：[Ar]3d24s2，則價層電子排布圖為；基態O原子核外電子排布式為1s22s22p4，最高能級為p，其電子云輪廓為啞鈴型；

(2) TiCl4的熔、沸點分別為205K、409K，與CCl4結構相似，都屬于分子晶體，分子晶體的熔沸點與分子間作用力有關，相對分子質量越大，分子間作用力越大，熔沸點越高，TiCl4的相對分子質量大于CCl4，分子間作用力更大；

(3)根據轉化過程TiCl4可溶于濃鹽酸得H2[TiCl6]，可看做形成一種酸，所有的酸都屬于共價化合物，向溶液中加入NH4Cl濃溶液可析出黃色的(NH4)2[TiCl6]晶體，可看做酸跟鹽反應生成(NH4)2[TiCl6]，產物中含有銨根離子，根據以上分析，(NH4)2[TiCl6]晶體中含有共價鍵和離子鍵，故答案選AB；

(4) CH3CH2OH和CH3OCH3中的碳原子都是以單鍵形式成鍵，結構與甲烷相似，都是四面體結構，HCHO的碳原子含有碳氧雙鍵，分子中所有在同一平面，為平面三角形，根據構型可知，三個分子中C原子的VSEPR模型不同于其他分子的是HCHO，根據構型可得，該分子中C的軌道雜化類型為sp2雜化；

(5)①BaCO3中陰離子為CO32-，中心原子為碳原子，其價層電子對數=3+=3，碳原子為sp2雜化，該陰離子由4個原子構成，則立體構型為平面三角形；

②根據晶胞圖示，Ti位于晶胞的頂點，Ti的數目=8×=1，Ba原子位于晶胞的內部，數目為1，分析計算分子式和粒子半徑；O原子位于晶胞的棱上，其數目=12×=3，則則鈦酸鋇的化學式為BaTiO3；已知晶胞邊長為a pm，O2－的半徑為bpm，根據圖示，晶胞邊長= 2r(Ti4+)+2r(O2-)=apm，則r(Ti4+)=pm；晶胞面對角線的長度=2r(O2-)+2r(Ba2+)=a pm，r(Ba2+)=pm。