Question

【题目】金属钛及其化合物被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、医疗以及石油化工等领域，人们称钛为“21世纪金属”。自然界中钛的一种存在形式为金红石(主要成分是TiO2)。回答下列问题：

(1)基态钛原子的价电子排布式为__________________，与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的元素分别是_________________(填元素符号)。

(2)钛的硬度大于铝，其原因是_________________________。

(3)Ti(BH4)3是一种储氢材料，可由TiCl4和LiBH4反应制得。

①TiCl4熔点为-24℃，沸点为136.4℃，室温下为无色液体，可溶于甲苯和氯代烃，固态TiCl4属于___________晶体。

②LiBH4由Li+和BH4-构成，BH4-的空间构型是______，B原子的杂化轨道类型是___________。

(4)用锌还原TiCl4的盐酸溶液，经后续处理可制得绿色的晶体[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O。该晶体所含元素中，电负性最大的元素是___________，与Ti形成配位键的配体是___________，1mol该配合物中含有σ键的数目为___________。

(5)TiO2晶胞是典型的四方系结构，其晶胞结构如图所示(晶胞中相同位置的原子相同)，其中A、B、C的原子坐标分别为A(0，0，0)、B(0.69a，0.69a，c)、C(a，a，c)，则D的原子坐标为D(0.19a，_____，______)，钛氧键的键长d=___________(用代数式表示)。

Answer 1

【答案】3d24s2 Ni、Ge、Se Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强 分子晶体 正四面体 sp3 O H2O、Cl- 18mol(或18NA或18×6.02×1023) 0.81a 0.5c 0.31×

【解析】

(1)根据构造原理，由原子序数即可写出基态原子的电子排布式，进而可写出价电子排布式；Ti未成对电子数为2，然后根据Ti处的周期及未成对电子数确定元素；

(2)金属键强度越大，金属的硬度大，晶体的熔沸点高；

(3)①分子晶体中构成微粒分子以微弱的分子间作用力结合，晶体的熔沸点低，硬度小；

②计算B原子孤电子对数、价层电子对确定空间构型与B原子杂化方式；

(4)在晶体[TiCl(H2O)5Cl2·H2O]中涉及的元素有Ti、Cl、H、O四种元素，元素的非金属性越强，电负性越大；配离子[TiCl(H2O)5]2+中含有共价键、配位键，配位体是Cl-、H2O，外界微粒是2个Cl-、1个H2O；

(5)根据A、B、C的原子坐标，坐标系原点选取为A，根据立体几何知识分析D的原子坐标并计算钛氧键键长d。

(1)钛为22号元素，基态电子排布式为：[Ar]3d24s2，则基态钛原子的价电子排布式为3d24s2；与钛同周期元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有Ni，Ge，Se，共3种；

(2)钛硬度比铝大，是因为Ti原子的价电子数比Al多，故其金属键更强；

(3)①TiCl4熔点为-24℃，沸点为136.4℃，室温下为无色液体，可溶于甲苯和氯代烃，根据相似相容原理，可知TiCl4是由分子构成的，分子间以分子间作用力结合，由于分子间作用力很小，所以组成的分子晶体的熔沸点低，因此固态TiCl4属于分子晶体；

②BH4-中B原子价层电子数=4+=4，且不含孤电子对，所以空间构型为正四面体结构，中心B原子的杂化方式采取sp3杂化；

(4)在晶体[TiCl(H2O)5Cl2·H2O]中含有Ti、Cl、H、O四种元素，元素的非金属性越强，电负性越大。由于元素的非金属性最强的元素的O元素，所以O的电负性最大；

晶体[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中內界离子是[TiCl(H2O)5]2+，中心离子是Ti3+，配位体是Cl-、H2O；配位数是6,；外界离子是2个Cl-，配离子[TiCl(H2O)5]2+中含有共价键、配位键，[TiCl(H2O)5]2+中含有6个配位键，也属于σ键，水分子中含有2个σ键，故1mol[TiCl(H2O)5]Cl2H2O中含有18molσ键；

(5) A、B、C的原子坐标分别为A（0，0，0）、B（0.69a，0.69a，c）、C（a，a，c），在TiO2晶胞中，Ti处于晶胞的顶点和体心，其余的是O原子，体心Ti周围有8个O形成八面体结构，上底面结构为：，中间半层的结构为，l即为钛氧键的键长d，根据上底面结构，d=(a0.69a)×=0.31×a；D处于高的一半处所在的平面，根据中间半层的结构分析，l=d=0.31×a，已知D的x坐标为0.19a，则y=a-0.19a=0.81a，所以D的坐标为(0.19a，0.81a，0.5c)。