Question

2．鈦的化合物如TiO₂、Ti（NO₃）₄、TiCl₄、Ti（BH₄）₂等均有著廣泛用途．
（1）寫出Ti的基態(tài)原子的外圍電子排布式3d²4S²；
（2）TiCl₄熔點(diǎn)是-25℃，沸點(diǎn)136.4℃，可溶于苯或CCl₄，該晶體屬于分子晶體；BH₄^-中B原子的雜化類型為sp³；
（3）在 TiO₂催化作用下，可將CN^-氧化成CNO^-，進(jìn)而得到N₂．與CNO^-互為等電子體的分子化學(xué)式為CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）．（填一種）
（4）Ti³⁺可以形成兩種不同的配合物：[Ti（H₂O）₆]Cl₃（紫色），[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O（綠色），兩者配位數(shù)相同（填“相同”或“不同”），綠色晶體中配體是Cl^-、H₂O．
（5）TiO₂難溶于水和稀酸，但能溶于濃硫酸，析出含有鈦酰離子的晶體，鈦酰離子常成為鏈狀聚合形式的陽(yáng)離子，其結(jié)構(gòu)形式如圖1，化學(xué)式為[TiO]_n²ⁿ⁺．

（6）簡(jiǎn)單立方晶胞如圖2．若果半徑為r的原子保持緊密接觸，立方體的中心能容得下半徑最大為（$\sqrt{3}$-1）r的一個(gè)原子（用含r的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）Ti是22號(hào)元素，原子核外電子數(shù)為22，根據(jù)能量最低原理書寫價(jià)電子排布式；
（2）根據(jù)題目中提供的物理性質(zhì)TiCl₄在常溫下是無色液體，熔點(diǎn)是-25℃，沸點(diǎn)136.4℃，來判斷晶體類型；根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定B原子的雜化類型；
（3）根據(jù)等電子體是指具有相同電子數(shù)目和原子數(shù)目的分子或離子來回答；
（4）根據(jù)配合物的結(jié)構(gòu)分析，內(nèi)界離子數(shù)為配位數(shù)，據(jù)此分析配體；
（5）每個(gè)O原子被兩個(gè)Ti原子共用、每個(gè)Ti原子被兩個(gè)O原子共用，利用均攤法計(jì)算二者原子個(gè)數(shù)之比，Ti元素為+4價(jià)、O元素為-2價(jià)，據(jù)此書寫其化學(xué)式；
（6）半徑為r的原子保持緊密接觸，則晶胞的邊長(zhǎng)2r，面對(duì)角線長(zhǎng)為$\sqrt{（2r）^{2}+（2r）^{2}}$=2$\sqrt{2}$r，體對(duì)角線長(zhǎng)為$\sqrt{（2\sqrt{2}r）^{2}+（2r）^{2}}$=2$\sqrt{3}$r，故立方體的中心能容得下半徑最大為$\frac{2\sqrt{3}r-2r}{2}$=（$\sqrt{3}$-1）r．

解答 解：（1）Ti是22號(hào)元素，原子核外電子數(shù)為22，元素基態(tài)原子的電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4S²，則價(jià)電子排布式為：3d²4S²，
故答案為：3d²4S²；
（2）因TiCl₄在常溫下是無色液體，熔點(diǎn)是-25℃，沸點(diǎn)136.4℃，熔沸點(diǎn)低，由此可判斷 TiCl₄是由共價(jià)鍵結(jié)合的分子，晶體類型屬于分子晶體，BH₄^-中B原子價(jià)層電子數(shù)=4+$\frac{1}{2}$（3+1-4×1）=4，且不含孤電子對(duì)，B原子是sp³雜化，BH₄^-是正四面體構(gòu)型，
故答案為：分子；sp³；
（3）CNO^-中電子數(shù)為：6+7+8+1=22，與CO₂具有相同電子數(shù)目和原子數(shù)目，是等電子體，常見粒子還有N₂O、CS₂、BeCl₂等；
故答案為：CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）；
（4）[Ti（ H₂O）₆]Cl₃（紫色），配體為：H₂O，配位數(shù)為6，[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O（綠色），配體為Cl^-、H₂O，配位數(shù)為6，兩者配位數(shù)相同，
故答案為：相同；Cl^-、H₂O；
（5）每個(gè)O原子被兩個(gè)Ti原子共用、每個(gè)Ti原子被兩個(gè)O原子共用，利用均攤法計(jì)算二者原子個(gè)數(shù)之比為1：1；
Ti元素為+4價(jià)、O元素為-2價(jià)，據(jù)此書寫其化學(xué)式為[TiO]_n²ⁿ⁺，
故答案為：[TiO]_n²ⁿ⁺；
（6）半徑為r的原子保持緊密接觸，則晶胞的邊長(zhǎng)2r，面對(duì)角線長(zhǎng)為$\sqrt{（2r）^{2}+（2r）^{2}}$=2$\sqrt{2}$r，體對(duì)角線長(zhǎng)為$\sqrt{（2\sqrt{2}r）^{2}+（2r）^{2}}$=2$\sqrt{3}$r，故立方體的中心能容得下半徑最大為$\frac{2\sqrt{3}r-2r}{2}$=（$\sqrt{3}$-1）r，
故答案為：（$\sqrt{3}$-1）r．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及核外電子排布、等電子體、雜化方式的判斷、晶胞的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是晶胞的計(jì)算，靈活運(yùn)用公式是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．