Question

4．金屬鈦性能優越，被譽為繼Fe、Al后應用廣泛的“第三金屬”．
（1）Ti基態原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²．
（2）鈦能與B、C、N、O等非金屬元素形成穩定的化合物．電負性：C＞（填“＞”或“＜”，下同）B；第一電離能：N＞O，原因是N原子中的2p軌道處于半充滿狀態，更穩定．
（3）月球巖石--玄武巖的主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃）．FeTiO₃與80%的硫酸反應可生成TiOSO₄．SO₄^2-的空間構型為正四面體形，其中硫原子采用sp³雜化，寫出SO₄^2-的一種等電子體的化學式：ClO₄^-等．
（4）Ti的氧化物和CaO相互作用能形成鈦酸鹽CaTiO₃，CaTiO₃的晶體結構如圖所示（Ti⁴⁺位于立方體的頂點）．該晶體中，Ti⁴⁺和周圍12個O^2-相緊鄰．
（5）Fe能形成多種氧化物，其中FeO晶胞結構為NaCl型．晶體中實際上存在空位、錯位、雜質原子等缺陷，晶體缺陷對晶體的性質會產生重大影響．由于晶體缺陷，在晶體中Fe和O的個數比發生了變化，變為Fe_xO（x＜1），若測得某Fe_xO晶體密度為5.71g•cm^-3，晶胞邊長為4.28×10^-10 m，則Fe_xO中x=$\frac{{N}_{A}×5.71×（4.28×1{0}^{-8}）^{3}}{4×56}$-$\frac{16}{56}$（用代數式表示，不要求算出具體結果）．

Answer 1

分析 （1）Ti原子核外電子數為22，根據能量最低原理書寫核外電子排布式；
（2）同周期自左而右元素電負性增大；N原子中的2p軌道處于半充滿狀態，更穩定，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（3）SO₄^2-中S原子孤電子對數=$\frac{6+2-2×4}{2}$=0，價層電子對數=4+0=4，雜化軌道數目為4，據此確定空間構型與雜化方式；原子數目相同、價電子總數相同的微粒互為等電子體；
（4）CaTiO₃的晶體結構中Ti⁴⁺位于立方體的頂點，由晶胞結構圖可知，體心為Ca²⁺，面心為O^2-，該晶體中每個頂點Ti⁴⁺與面心的O^2-相鄰，每個頂點為8個晶胞共用，每個面為2個晶胞共用；
（5）Fe_xO晶體的晶胞結構為NaCl型，所以每個晶胞中含有4個O原子，有4個“Fe_xO”，再根據m=ρV計算．

解答 解：（1）Ti原子核外電子數為22，根據能量最低原理，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²；
（2）同周期自左而右元素電負性增大，故電負性C＞B，N原子中的2p軌道處于半充滿狀態，更穩定，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能N＞O，
故答案為：＞；＞；N原子中的2p軌道處于半充滿狀態，更穩定；
（3）SO₄^2-中S原子孤電子對數=$\frac{6+2-2×4}{2}$=0，價層電子對數=4+0=4，為正四面體結構，雜化軌道數目為4，S原子雜化方式為sp³；原子數目相同、價電子總數相同的微粒互為等電子體，SO₄^2-的一種等電子體的化學式：ClO₄^-等，
故答案為：正四面體；sp³；ClO₄^-等；
（4）CaTiO₃的晶體結構中Ti⁴⁺位于立方體的頂點，由晶胞結構圖可知，體心為Ca²⁺，面心為O^2-，）．該晶體中每個頂點Ti⁴⁺與面心的O^2-相鄰，每個頂點為8個晶胞共用，每個面為2個晶胞共用，晶體中，Ti⁴⁺和周圍緊相鄰O^2-數目為$\frac{3×8}{2}$=12，
故答案為：12；
（5）Fe_xO晶體的晶胞結構為NaCl型，所以每個晶胞中含有4個O原子，有4個“Fe_xO”，再根據m=ρV可知：4×$\frac{56x+16}{{N}_{A}}$g=5.71g•cm^-3×（4.28×10^-8 cm）³，解得：x=$\frac{{N}_{A}×5.71×（4.28×1{0}^{-8}）^{3}}{4×56}$-$\frac{16}{56}$，
故答案為：$\frac{{N}_{A}×5.71×（4.28×1{0}^{-8}）^{3}}{4×56}$-$\frac{16}{56}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、電負性、電離能、空間構型與雜化方式判斷、等電子體、晶胞結構與計算，（5）中計算為易錯點、難點，注意識記中學常見晶胞結構，難度中等．