Question

3．钛是一种非常优越的金属，尤其是抵抗海水腐蚀的能力很强，被称为继铁、铝之后的第三金属．回答下列问题：
（1）基态钛原子的价电子排布式为3d²4s²．金属钛晶胞如图所示，晶胞参数a=b=295.08pm，c=468.55pm，α=β=90°，γ=120°．金属钛为六方最密堆积（填堆积方式），其中钛原子的配位数为12．
（2）现有Ti³⁺的配合物[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O．该配合物的配体是H₂O、Cl^-，配位数是6．
（3）C、N、O等元素可与钛形成二元化合物．C、N、O元素的电负性由大到小的顺序是O＞N＞C．已知：中心原子相同时，配位原子的电负性越大，键角越小；配位原子相同时，中心原子的电负性越大，键角越大，则NF₃、PF₃、NH₃的键角由大到小的顺序为NH₃＞NF₃＞PF₃，乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）和三甲胺[N（CH₃）₃]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高的多，原因乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键．
（4）钙钛矿晶体的结构如图所示．晶体的化学式为CaTiO₃．晶胞中的原子可用x、y、z组成的三数组来表达它在晶胞中的位置，称为原子坐标．已知原子坐标为A（0，0，0）；B（0，$\frac{1}{2}$，0）；则Ca离子的原子坐标为（$\frac{1}{2}，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$）．

Answer 1

分析 （1）Ti是22号元素，根据核外电子排布规律书写价电子排布式；该晶胞构型为六方最密；由晶胞结构可知，以顶点原子为研究对象，与之最近的原子处于棱上中间位置，每个顶点原子为12个棱中间原子共用，据此判断；
（2）根据配合物的结构特点来分析其中的配体及配位数；
（3）元素非金属性越强，得电子能力越强，其电负性的数值越大；NF₃和PF₃的配位原子都是F，N的电负性大于P，所以NF₃的键角大于PF₃，NF₃和NH₃的中心原子相同，F的电负性大于H，所以NF₃的键角小于NH₃；乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）分子之间可以形成氢键，但三甲胺[N（CH₃）₃]分子之间不能形成氢键；
（4）利用均摊法计算晶胞中各种原子的数目之比，据此确定化学式；A为Ti（0，0，0），B为O（0，$\frac{1}{2}$，0），故处于体心Ca原子坐标为（$\frac{1}{2}，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$）据此进行分析．

解答 解：（1）Ti是22号元素，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，价电子排布式为为3d²4s²；该单质晶体中原子的堆积方式为六方最密堆积；由晶胞结构可知，以顶点原子为研究对象，与之最近的原子处于棱上中间位置，每个顶点原子为12个棱中间原子共用，故晶胞中该原子的配位数为12，
故答案为：3d²4s²；六方最密；12；
（2）配合物[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O，钛元素的配位体是H₂O、Cl^-，配位数为5+1=6，
故答案为：H₂O、Cl^-；6；
（3）元素非金属性越强，得电子能力越强，其电负性的数值越大，所以O＞N＞C；NF₃和PF₃的配位原子都是F，N的电负性大于P，所以NF₃的键角大于PF₃，NF₃和NH₃的中心原子相同，F的电负性大于H，所以NF₃的键角小于NH₃，因此键角NH₃＞NF₃＞PF₃；乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）分子之间可以形成氢键，三甲胺[N（CH₃）₃]分子之间不能形成氢键，故乙二胺的沸点较高，
故答案为：O＞N＞C；NH₃＞NF₃＞PF₃；乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键；
（4）晶胞中Ca、Ti、O原子的数目之比=1：（8×$\frac{1}{8}$）：（12×$\frac{1}{2}$）=1：1：3，则分子式为CaTiO₃，A为Ti（0，0，0），B为O（0，$\frac{1}{2}$，0），故处于体心Ca原子坐标为（$\frac{1}{2}，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$），
故答案为：CaTiO₃；（$\frac{1}{2}，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$）．

点评 本题考查核外电子排布规律、晶胞的计算、电负性、氢键与化学键等知识，综合性较大，难度中等，是对知识的综合运用，需要学生具备扎实的基础与分析问题解决问题的能力．