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）質子數相同、中子數不同的相同元素不同原子互為同位素；根據其價電子數及能層數確定在元素周期表中的位置，Ti元素核外有22個電子，根據構造原理書寫其基態原子核外電子排布式；
（2）銅的原子序數為29，基態原子核外電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s¹，據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）質子數相同中子數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，根據構造原理知其基態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所含質子數為29，原子核外電子數為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，其數目為：6×$\frac{1}{2}$=3，Ca位于體心，其數目為1，Ti位于頂點，其數目為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，根據質量守恒定律可知，反應產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．