Question

【题目】金属钛性能优越，被誉为继 Fe、Al 后应用广泛的“第三金属”。

（1）Ti 基态原子的价层电子排布图为_____。

（2）钛能与 B、C、N、O 等非金属元素形成稳定的化合物。电负性C_____(填“＞”或“＜”，下同) B；第一电离能：N_O，原因是_________。

（3）月球岩石——玄武岩的主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)。FeTiO3 与 80%的硫酸反应可生成TiOSO4。SO42-的空间构型为_____形，其中硫原子采用______杂化，写出 SO42- 的一种等电子体的化学式________。

（4）Ti 的氧化物和 CaO 相互作用能形成钛酸盐 CaTiO3，CaTiO3 的晶体结构如图 1 所示，(Ti4＋位于立方体的顶点)。该晶体中，Ti4+和周围 _______个 O2-相紧邻。

（5）铁晶胞的结构如图 2 所示，如果晶胞边长为 a，铁原子半径为 r，则该晶体中铁原子的空间利用率为______。（只含Π的代数式）

Answer 1

【答案】 ＞ ＞ N的价电子排布式为2s22p3，O为2s22p4，N为半满结构较稳定，第一电离能大于O 正四面体 sp3 PO43-、ClO4-等 12 ×100%

【解析】

(1)Ti是22号元素，处于周期表中第四周期IVB族，价电子排布式为3d24s2，结合泡利原理、洪特规则画出价电子排布图；

(2)同周期主族元素随原子序数增大电负性增大；N原子中的2p轨道处于半充满状态，第一电离能高于同周期相邻元素的；

(3)SO42-中S原子孤电子对数==0，价层电子对数=4=0=4；与SO42-互为等电子体微粒可以用Cl原子替换S原子与1个单位负电荷；

(4)Ti4+位于立方体的顶点，晶胞中Ti4+原子数目为1、体心黑色球数目为1、面心黑色球数目为3，故体心为Ca2+、面心为O2-，与Ti4+紧密相邻的O2-处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用；
(5)处于体对角线上Fe原子相邻，晶胞体对角线长度等于晶胞棱长的倍，而晶胞体对角线长度=4倍的Fe原子半径，均摊法计算晶胞中Fe原子数目，计算晶胞中原子总体积，晶胞的空间利用率=(原子总体积÷晶胞体积)×100%。

(1)Ti是22号元素，处于周期表中第四周期IVB族，价电子排布式为3d24s2，由泡利原理、洪特规则，价电子排布图为：；

(2)同周期主族元素随原子序数增大电负性增大，故电负性C＞B；N原子中的2p轨道处于半充满状态，更稳定，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能：N＞O；

(3)SO42-中S原子孤电子对数==0，价层电子对数=4=0=4，空间构型为正四面体形，S原子采取sp3杂化，与SO42-互为等电子体微粒可以用Cl原子替换S原子与1个单位负电荷，即SO42-的一种等电子体的化学式：PO43-、ClO4-等；

(4)Ti4+位于立方体的顶点，晶胞中Ti4+原子数目为1、体心黑色球数目为1、面心黑色球数目为3，故体心为Ca2+、面心为O2-，与Ti4+紧密相邻的O2-处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，即与Ti4+紧密相邻的O2-数目==12；

(5)处于体对角线上Fe原子相邻，晶胞体对角线长度等于晶胞棱长的倍，而晶胞体对角线长度=4倍的Fe原子半径，故4r=a，则r=a，晶胞中Fe原子数目=1+8×=2，晶胞中原子总体积=2×πr3，晶胞的空间利用率=(2×πr3÷a3)×100%=[(2××π×(a)3÷a3]×100%=×100%。