Question

【題目】I 金屬鈦(Ti)是一種具有許多優良性能的金屬，鈦和鈦合金被認為是21世紀的重要金屬材料。

(1) Ti(BH4)2是一種過渡元素硼氫化物儲氫材料。

① Ti2＋基態電子排布式可表示為_______。

② 與BH4-互為等電子體的陽離子的化學式為_______。

(2) 二氧化鈦(TiO2)是常用的、具有較高催化活性和穩定性的光催化劑，常用于污水處理。納米TiO2催化的一個實例如下圖所示。

甲 乙

化合物乙的分子中采取sp3雜化方式的原子個數為_______。

(3) 水溶液中并沒有[Ti(H2O)6)]4＋離子，而是[Ti(OH)2(H2O)4]2＋離子，1 mol [Ti(OH)2(H2O)4]2＋中σ鍵的數目為_____。

(4) 氮化鈦(TiN)具有典型的NaCl型結構，某碳氮化鈦化合物，結構是用碳原子取代氮化鈦晶胞(結構如右圖)頂點的氮原子，則此碳氮化鈦化合物的化學式是_____。

II Cu2O廣泛應用于太陽能電池領域。以CuSO4、NaOH和抗壞血酸為原料，可制備Cu2O。

（1）Cu基態核外電子排布式為_____。

（2）SO42-的空間構型為_____（用文字描述）；Cu2+與OH反應能生成[Cu(OH)4]2，[Cu(OH)4]2中的配位原子為_____（填元素符號）。

（3）抗壞血酸的分子結構如圖1所示，分子中碳原子的軌道雜化類型為_____；推測抗壞血酸在水中的溶解性：_____（填“難溶于水”或“易溶于水”）。

圖1 圖2

（4）一個Cu2O晶胞（見圖2）中，Cu原子的數目為_____。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d2或[Ar]3d2 NH4+ 5 16NA Ti4CN3 [Ar]3d104s1 正四面體 O sp3、sp2 易溶于水 4

【解析】

I（1）①鈦是22號元素，Ti2+核外有20個電子，根據構造原理知其基態核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d2或[Ar]3d2；

② 原子總數相等，價電子總和相等的微粒互稱為等電子體，因此，與BH4-互為等電子體的陽離子的化學式為NH4+；

(2)化合物乙中苯環上6個碳原子均采取sp2雜化方式，一個O原子形成2個σ鍵還有2對孤對電子為sp3雜化、一個N原子形成3個σ鍵還有1對孤對電子為sp3雜化，除苯環外的3個碳原子均形成4個σ鍵為sp3雜化，故化合物乙的分子中采取sp3雜化方式的原子個數為5；

(3)單鍵全是σ鍵，1 mol [Ti(OH)2(H2O)4]2＋中含有6mol配位鍵，1molOH-中含1molσ鍵，1molH2O中含2molσ鍵，因此σ鍵物質的量為6mol+2×1mol+4×2mol=16mol，數目為16NA；

(3)晶胞中Ti個數為，N原子個數為，用碳原子取代氮化鈦晶胞頂點的氮原子后C原子位于頂點，個數為1，則N原子數為3，所以晶胞化學式為Ti4CN3；

II （1）Cu位于第四周期IB族，其價電子排布式為3d104s1，因此基態Cu核外電子排布式為[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1；

（2）SO42－中S形成4個σ鍵，孤電子對數為(6＋2－4×2)/2=0，因此SO42－空間構型為正四面體形；[Cu(OH)4]2－中Cu2＋提供空軌道，OH－提供孤電子對，OH－只有O有孤電子對，因此[Cu(OH)4]2－中的配位原子為O；

（3）根據抗壞血酸的分子結構，該結構中有兩種碳原子，全形成單鍵的碳原子和雙鍵的碳原子，全形成單鍵的碳原子為sp3雜化，雙鍵的碳原子為sp2雜化；根據抗環血酸分子結構，分子中含有4個－OH，能與水形成分子間氫鍵，因此抗壞血酸易溶于水；

（4）白球位于頂點和內部，屬于該晶胞的個數為8×1/8+1=2，黑球全部位于晶胞內部，屬于該晶胞的個數為4，化學式為Cu2O，因此白球為O原子，黑球為Cu原子，即Cu原子的數目為4。