Question

【題目】光催化技術是一種在能源和環境領域有著重要應用前景的綠色技術。Ti的某種晶型的氧化物M可用作光催化材料。

(1)基態Ti原子的價層電子排布圖為________。

(2)在第四周期d區元素中，與Ti 原子未成對電子數相同的元素名稱是________。

(3)金屬鈦的原子堆積方式如圖1所示，則金屬鈦晶胞俯視圖為_____。

(4)生活環境中的臭氣源有氨氣、甲硫醇(CH3-SH) 等，M 可以作為高效除臭劑。與氨氣互為等電子體的陽離子為_____，甲硫醇中硫原子采取的雜化方式為_____，與S位于同一周期，且第一電離能小于S 的非金屬元素符號為______，已知甲硫醇熔沸點小于甲醇(CH3OH)，試解釋此差異的主要原因___________。

(5)M 的晶胞結構如圖2，M 化學式為______。

(6)石墨烯是單個原子厚度的二維碳納米材料( 如圖3)，其比表面積大( 比表面積指單位質量物料所具有的總面積)。石墨烯與M 的結合使用，極大地提高了M 的光催化效果。在石墨烯晶體中，每個最小的六元環占有____個C 原子。已知石墨烯中C-C 鍵長為a pm，則單層石墨烯的比表面積為_____m2/g(NA表示阿伏伽德羅常數的數值，忽略碳原子的厚度)。

Answer 1

【答案】 鎳 D H3O+ sp3 Si 甲醇分子間有氫鍵 TiO2 2

【解析】(1)Ti原子序數為22，根據能級圖及能量構造原理可得核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，其價層電子排布式為3d24s2，電子排布圖為，故答案為：；

(2) Ti原子未成對電子數為2，在第四周期d區元素中，與Ti原子未成對電子數相同的元素的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2，為鎳元素，故答案為：鎳；

(3)根據金屬鈦的原子堆積方式可知，該堆積方式為ABABABAB……鎂型堆積，晶胞結構為，金屬鈦晶胞俯視圖為D，故答案為：D；

(4)與氨氣互為等電子體的陽離子有H3O+，甲硫醇(CH3-SH)中硫原子與2個原子相連，含有2個孤電子對，采取sp3雜化；同一周期，從左到右，元素的第一電離能呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，與S位于同一周期，且第一電離能小于S的非金屬元素符號為Si，甲醇分子間有氫鍵，甲硫醇不能形成氫鍵，因此甲硫醇熔沸點小于甲醇(CH3OH)，故答案為：H3O+；sp3；Si；甲醇分子間有氫鍵；

(5)根據M的晶胞結構，O原子數目=2+4×=4，Ti原子數目=1+8×=2，則M化學式為TiO2，故答案為：TiO2；

(6) 根據圖示，六元環的每個頂點被3個六元環共用，在石墨烯晶體中，每個最小的六元環占有的碳原子數=6×=2；12g石墨烯(即1mol)實際占有的六邊形的個數為NA，所以算得12g石墨烯的總面積為NA××(a×1012)×(a×1012)×6×2=NA×1024m2，則單層石墨烯的比表面積為=NA×1024m2/g，故答案為：NA×1024。