Question

18．鈦、銅可以作為多種催化劑的主體．如以TiO₂覆蓋在Cu₂Al₂O₄表面作催化劑，可以將CO₂與CH₄直接轉化成乙酸．
請回答下列問題：
（1）鈦有${\;}_{22}^{48}$Ti和${\;}_{22}^{50}$Ti兩種原子，它們互稱為同位素，Ti的基態(tài)原子電子排布式為1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²）．
（2）Cu在元素周期表中的位置是4周期ⅠB族．乙酸分子中碳原子的雜化形式有sp²、sp³．
（3）由Ca、Ti、O三種元素組成某礦物晶體，其晶胞結構如圖所示．則該礦物的化學式為CaTiO₃．
（4）用TiCl₄與熱水反應可制備TiO₂，反應的化學方程式是TiCl₄+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+4HCl?
（5）用稀硝酸溶解Cu₂Al₂O₄的離子方程式是3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O?
（6）用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶出印刷電路板上的Cu．
已知：CuSO₄ （aq）+H₂（g）═Cu（s）+H₂SO₄（aq）△H=-64.4kJ/mol
2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196.4kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol
寫出Cu與H₂SO₄、H₂O₂反應生成CuSO₄（aq）和H₂O（l）的熱化學方程式：Cu（s）+H₂O₂（l）+H₂SO₄（aq）=CuSO₄（aq）+2H₂O（l）△H=-319.6 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）質子數(shù)相同、中子數(shù)不同的相同元素不同原子互為同位素；根據(jù)其價電子數(shù)及能層數(shù)確定在元素周期表中的位置，Ti元素核外有22個電子，根據(jù)構造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式；
（2）銅的原子序數(shù)為29，基態(tài)原子核外電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s¹，據(jù)此判斷其在周期表中的位置；乙酸分子中含有1個甲基和1個羧基，甲基中的C含有4個σ鍵，羧基中含有3個σ鍵，據(jù)此判斷其雜化方式；
（3）晶胞中位于立方體頂點的離子被8個晶胞共有，位于立方體中心的離子被一個晶胞占有，位于面的離子被2個晶胞共用，利用均攤法確定其化學式；
（4）用TiCl₄與熱水反應可制備TiO₂，結合質量守恒判斷反應物、生成物，然后寫出反應的化學方程式；
（5）先將Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，再根據(jù)氧化物與酸反應生成離子方程式，需要注意的是一價銅具有還原性；
（6）根據(jù)已知熱化學方程式及蓋斯定律寫出目標反應的熱化學方程式即可．

解答 解：（1）質子數(shù)相同中子數(shù)不同的鈦元素的不同原子，互稱同位素；Ti元素核外有22個電子，根據(jù)構造原理知其基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²），
故答案為：同位素；1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²）；
（2）Cu所含質子數(shù)為29，原子核外電子數(shù)為29，3d能級上的原子軌道處于全滿時，其核外電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s¹，所以銅處于4周期ⅠB族；乙酸的結構簡式：CH₃COOH，甲基中的C原子形成了4個單鍵，為sp³雜化，羧基中的C原子形成2個單鍵和1個雙鍵，含有3個σ鍵，采用sp²雜化，所以乙酸分子中碳原子的雜化形式有：sp²、sp³，
故答案為：4周期ⅠB族； sp²、sp³；
（3）O位于面心，其數(shù)目為：6×$\frac{1}{2}$=3，Ca位于體心，其數(shù)目為1，Ti位于頂點，其數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1，故該礦物的化學式為：CaTiO₃，
故答案為：CaTiO₃；
（4）TiCl₄與熱水反應可制備TiO₂，根據(jù)質量守恒定律可知，反應產(chǎn)物應該為二氧化鈦和氯化氫，反應的方程式為：TiCl₄+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+4HCl，
故答案為：TiCl₄+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+4HCl；
（5）Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，與硝酸反應的離子方程式為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（6）已知①Cu（s）+H₂SO₄（aq）═CuSO₄（aq）+H₂（g）△H=+64.4kJ•mol^-1
②2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196.4kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律，將①+$\frac{1}{2}$×②+③可得：Cu（s）+H₂O₂（l）+H₂SO₄（aq）=CuSO₄（aq）+2H₂O（l），
△H=（+64.4kJ•mol^-1）+$\frac{1}{2}$（-196.4kJ•mol^-1）+（-285.8kJ•mol^-1）=-319.6 kJ/mol，
故答案為：Cu（s）+H₂O₂（l）+H₂SO₄（aq）=CuSO₄（aq）+2H₂O （l）△H=-319.6 kJ/mol．

點評 本題考查了蓋斯定律在熱化學方程式中的計算、化學方程式的書寫、同位素的判斷、核外電子排布等知識，題目難度中等，試題知識點較多，充分考查學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力，注意掌握蓋斯定律在熱化學方程式中的應用．