Question

1．金屬鈦（Ti）是一種具有許多優良性能的較為昂貴的金屬，鈦和鈦合金被認為是21世紀的重要金屬材料．
（l）Ti（BH₄）₂是一種過渡元素硼氫化物儲氫材料．
①Ti²⁺基態的電子排布式可表示為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²．
②BH₄^-的空間構型是正四面體（用文字描述）．
③與鈦同周期的所有元素的基態原子中，未成對電子數與鈦相同的元素有3種．
（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．
①納米TiO₂催化的一個實例如圖1所示．化臺物甲的分子中采取sp²雜化方式的碳原子個數為7，化合物乙中采取 sp³雜化的原子的第一電離能由小到大的順序為C＜O＜N．
②在 TiO₂催化作用下，可將CN^- 氧化成CNO^-，進而得到N₂．與CNO^- 互為等電子體的分子、離子化學式分別為CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）、SCN^-或（N₃^-）（各寫一種）．
（3）金屬鈦內部原子的堆積方式與銅相同，都是面心立方堆積方式，如圖2．若該晶胞的密度為ρg•cm^-3，阿伏加德羅常數為N_A，則該晶胞的邊長為$\root{3}{\frac{192}{{N}_{A}ρ}}$cm．

Answer 1

分析 （1）①鈦是22號元素，Ti²⁺核外有20個電子，根據構造原理書寫其基態核外電子排布式；
②根據價層電子對互斥理論確定空間構型；
③鈦的3d軌道上有未成對電子數為2個，位于第四周期，在同一周期中另外還有Ni的3d軌道上有8個電子即有2個未成對，Ge的4p軌道上有2個電子即有2個未成對，Se的4p軌道上有4個電子即有2個未成對，據此答題；
（2）①根據碳原子組成的空間構型和成鍵類型來確定其雜化方式；判斷以sp³雜化的原子，再根據第一電離能的遞變規律判斷其第一電離能的大小；
②等電子體中原子個數相等價電子數相等；
（3）在每個鈦的晶胞中含有鈦原子數為8×$\frac{1}{8}$+$6×\frac{1}{2}$=4，設晶胞的連長為a，根據$ρ=\frac{m}{V}$計算得晶胞的體積，再計算得晶胞的邊長．

解答 解：（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，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²；
②BH₄^-中B原子價層電子對=4+$\frac{1}{2}$（3+1-4×1）=4，且沒有孤電子對，所以是正四面體結構，
故答案為：正四面體；
③鈦的3d軌道上有未成對電子數為2個，位于第四周期，在同一周期中另外還有Ni的3d軌道上有8個電子即有2個未成對，Ge的4p軌道上有2個電子即有2個未成對，Se的4p軌道上有4個電子即有2個未成對，所以未成對電子數與鈦相同的元素有Ni、Ge、Se，共3種，
故答案為：3；
（2）①化合物甲中苯環C和羰基C以sp²雜化，共7個C；以sp³雜化方式的原子有O、N、C，由于N原子2p軌道半充滿，第一電離能高于O，
故答案為：7；C＜O＜N；
②CNO^-中含有3個原子，16個價電子，所以其等電子體中分子為：CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等），離子為：SCN^-或（N₃^-）等，
故答案為：CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）；SCN^-或（N₃^-）；
（3）在每個鈦的晶胞中含有鈦原子數為8×$\frac{1}{8}$+$6×\frac{1}{2}$=4，設晶胞的連長為a，根據$ρ=\frac{m}{V}$有，$ρ=\frac{\frac{4×48}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$，所以a=$\root{3}{\frac{4×48}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\root{3}{\frac{192}{{N}_{A}ρ}}$cm，
故答案為：$\root{3}{\frac{192}{{N}_{A}ρ}}$cm．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及核外電子排布、等電子體、雜化方式的判斷、空間構型的判斷、晶胞的計算等知識點，難點是晶胞的計算，靈活運用公式是解本題關鍵，難度中等．