Question

【题目】I 金属钛(Ti)是一种具有许多优良性能的金属，钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料。

(1) Ti(BH4)2是一种过渡元素硼氢化物储氢材料。

① Ti2＋基态电子排布式可表示为_______。

② 与BH4-互为等电子体的阳离子的化学式为_______。

(2) 二氧化钛(TiO2)是常用的、具有较高催化活性和稳定性的光催化剂，常用于污水处理。纳米TiO2催化的一个实例如下图所示。

甲 乙

化合物乙的分子中采取sp3杂化方式的原子个数为_______。

(3) 水溶液中并没有[Ti(H2O)6)]4＋离子，而是[Ti(OH)2(H2O)4]2＋离子，1 mol [Ti(OH)2(H2O)4]2＋中σ键的数目为_____。

(4) 氮化钛(TiN)具有典型的NaCl型结构，某碳氮化钛化合物，结构是用碳原子取代氮化钛晶胞(结构如右图)顶点的氮原子，则此碳氮化钛化合物的化学式是_____。

II Cu2O广泛应用于太阳能电池领域。以CuSO4、NaOH和抗坏血酸为原料，可制备Cu2O。

（1）Cu基态核外电子排布式为_____。

（2）SO42-的空间构型为_____（用文字描述）；Cu2+与OH反应能生成[Cu(OH)4]2，[Cu(OH)4]2中的配位原子为_____（填元素符号）。

（3）抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为_____；推测抗坏血酸在水中的溶解性：_____（填“难溶于水”或“易溶于水”）。

图1 图2

（4）一个Cu2O晶胞（见图2）中，Cu原子的数目为_____。

Answer 1

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

【解析】

I（1）①钛是22号元素，Ti2+核外有20个电子，根据构造原理知其基态核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d2或[Ar]3d2；

② 原子总数相等，价电子总和相等的微粒互称为等电子体，因此，与BH4-互为等电子体的阳离子的化学式为NH4+；

(2)化合物乙中苯环上6个碳原子均采取sp2杂化方式，一个O原子形成2个σ键还有2对孤对电子为sp3杂化、一个N原子形成3个σ键还有1对孤对电子为sp3杂化，除苯环外的3个碳原子均形成4个σ键为sp3杂化，故化合物乙的分子中采取sp3杂化方式的原子个数为5；

(3)单键全是σ键，1 mol [Ti(OH)2(H2O)4]2＋中含有6mol配位键，1molOH-中含1molσ键，1molH2O中含2molσ键，因此σ键物质的量为6mol+2×1mol+4×2mol=16mol，数目为16NA；

(3)晶胞中Ti个数为，N原子个数为，用碳原子取代氮化钛晶胞顶点的氮原子后C原子位于顶点，个数为1，则N原子数为3，所以晶胞化学式为Ti4CN3；

II （1）Cu位于第四周期IB族，其价电子排布式为3d104s1，因此基态Cu核外电子排布式为[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1；

（2）SO42－中S形成4个σ键，孤电子对数为(6＋2－4×2)/2=0，因此SO42－空间构型为正四面体形；[Cu(OH)4]2－中Cu2＋提供空轨道，OH－提供孤电子对，OH－只有O有孤电子对，因此[Cu(OH)4]2－中的配位原子为O；

（3）根据抗坏血酸的分子结构，该结构中有两种碳原子，全形成单键的碳原子和双键的碳原子，全形成单键的碳原子为sp3杂化，双键的碳原子为sp2杂化；根据抗环血酸分子结构，分子中含有4个－OH，能与水形成分子间氢键，因此抗坏血酸易溶于水；

（4）白球位于顶点和内部，属于该晶胞的个数为8×1/8+1=2，黑球全部位于晶胞内部，属于该晶胞的个数为4，化学式为Cu2O，因此白球为O原子，黑球为Cu原子，即Cu原子的数目为4。