钛被称为继铁.铝之后的第三金属.制备金属钛的一种流程如下:[钙钛矿]$→ {过滤}^{硫酸}$[硫酸氧钛溶液]$→ {过滤}^{水/△}$[H2TiO3]$\stackrel{焙烧}{→}$[TiO2]$→ {高温}^{C.Cl {2}}$[TiCl4]$→ {高温}^{Mg/Ar}$[Ti]回答下列问题:(1)基态钛原子的价电子排布图为.其原子核外共有22种运动状态不相同� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

16．钛被称为继铁、铝之后的第三金属，制备金属钛的一种流程如下：
[钙钛矿]$→_{过滤}^{硫酸}$[硫酸氧钛溶液]$→_{过滤}^{水/△}$[H₂TiO₃]$\stackrel{焙烧}{→}$[TiO₂]$→_{高温}^{C、Cl_{2}}$[TiCl₄]$→_{高温}^{Mg/Ar}$[Ti]
回答下列问题：
（1）基态钛原子的价电子排布图为

，其原子核外共有22种运动状态不相同的电子．金属钛晶胞如下图1所示，为六方最密堆积（填堆积方式）．
（2）根据价层电子互斥理论，价层电子对之间的斥力大小有如下顺序：l-l＞＞l-b＞b-b（l为孤对电子对，b为键合电子对），则关于H₂O中的H-O-H键角可得出的结论是D．
A．180° B．接近120°，但小于120°
C．接近120°，但大于120° D．接近109°28’，但小于109°28’
（3）已知TiCl₄在通常情况下是无色液体，熔点为-37℃，沸点为136℃，可知TiCl₄为分子晶体．
（4）纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图2．化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子间形成氢键．化合物乙中采取sp³杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C．
（5）钙钛矿晶体的结构如图3所示．钛离子位于立方晶胞的角顶，被6个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被12个氧离子包围．钙钛矿晶体的化学式为CaTiO₃．若该晶胞的边长为a pm，则钙钛矿晶体的密度为$\frac{136g}{{（a{×10}^{-10}）}^{3}{N}_{A}}$g．cm^-3（只要求列算式，不必计算出数值）．

分析钛铁矿（主要成分为 FeTiO₃，可表示为 FeO•TiO₂）加入硫酸溶解过滤得到滤液硫酸氧钛溶液[TiOSO₄]，加热促进Ti⁴⁺水解生成H₂TiO₃，过滤并煅烧得到TiO₂，TiO₂和C、Cl₂在高温条件下生成TiCl₄和CO，TiCl₄在稀有气体的环境中高温条件下被镁还原生成Ti和MgCl₂，此为制备流程分析，据此答题；
（1）Ti原子核电荷数为22，价电子排布式为3d²4s²，据此可写出价电子排布图，结合原子核外没有运动状态完全相同的电子，判断Ti原子核外不同运动状态的电子数，金属钛晶胞结构为二层相互错开，第三层正对第一层的方式堆积而成的；
（2）水分子属AX2E2，n+m=4，VSEPR理想模型为正四面体，价层电子对之间的夹角均为109°28′，根据Ⅲ-i，应有∠H-O-H＜109°28′；
（3）TiCl₄在通常情况下是无色液体，熔点为-37℃，沸点为136℃，可知TiCl₄为晶体熔、沸点较低，即分子间作用力低；
（4）化合物甲与化合物乙均为分子晶体，但化合物乙分子间可形成氢键，故分子间作用力比化合物甲强；化合物乙中C、N、O三种原子的杂化轨道形成均为sp³，第一电离能是基态原子失去第一电子的能力，N原子的p轨道上有3个电子，为半充满结构，第一电离能相对较大；
（5）钛晶矿晶胞中钛离子与周围六个氧原子包围形成八面体，立方体晶胞共有12个边长，每条边长的中点是一个氧原子，共12个氧原子，包围着中心的钙离子，可以根据晶胞的均摊原则确定晶胞的化学式，根据晶胞的体积及晶胞的质量，依据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答解：钛铁矿（主要成分为 FeTiO₃，可表示为 FeO•TiO₂）加入硫酸溶解过滤得到滤液硫酸氧钛溶液[TiOSO₄]，加热促进Ti⁴⁺水解生成H₂TiO₃，过滤并煅烧得到TiO₂，TiO₂和C、Cl₂在高温条件下生成TiCl₄和CO，TiCl₄在稀有气体的环境中高温条件下被镁还原生成Ti和MgCl₂，此为制备流程分析，据此答题；
（1）钛原子的价电子排布式为3d²4s²，则价电子排布图为，钛原子的核电荷数为22，其核外共有22个运动状态不同的电子，晶体钛为六方最密堆积形；故答案为：；22；六方最密；
（2）根据价层电子对之间的斥力大小顺序：l-l＞＞l-b＞b-b（l为孤对电子对，b为键合电子对），应有∠H-O-H＜109°28′，选项D正确，故答案为：D；
（3）TiCl₄是共价型化合物，熔沸点较低，应为分子晶体，故答案为：分子；
（4）化合物乙因分子间存在氢键，则化合物乙的沸点比化合物甲高，化合物乙中C、N、O三原子均为sp3杂化，三者的第一电离能因N原子的2p轨道半充满相对稳定较大，实际顺序为N＞O＞C，故答案为：化合物乙分子间形成氢键；
N＞O＞C；
（5）钛离子位于立方晶胞的角顶，被6个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被12个氧离子包围；每个晶胞中钛离子和钙离子均为1个，晶胞的12个边长上各有一个氧原子，根据均摊原则，每个晶胞实际占有氧原子数目为12
×$\frac{1}{4}$=3，则晶胞的化学式为CaTiO₃；该晶胞的边长为a pm，晶胞的体积为（a×10^-10）³cm³，1mol晶胞的质量为136g，1mol晶胞的体积为N_A×（a×10^-10）³cm³，晶体的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{136g}{{（a{×10}^{-10}）}^{3}{N}_{A}}$g．cm^-3；故答案为：6；12；CaTiO₃；$\frac{136g}{{（a{×10}^{-10}）}^{3}{N}_{A}}$．

点评本题以金属钛的工业制备流程为载体，考查钛原子的结构特点及钛酸钙晶胞结构及相关计算，属基础考查，中等难度．

练习册系列答案

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7．工业生产中含硫废水的排放会污染环境，需要对含硫废水进行处理与利用．
（1）某制革厂含硫废水中主要含有物是Na₂S．
①测得该废水溶液pH=12，用离子方程式解释溶液呈碱性的原因S^2-+H₂O?HS^-+OH^-．
②含硫废水的处理过程中可以采用纯氧将Na₂S转化为Na₂SO₄，则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为1：2．已知1000℃时，硫酸钠与氢气发生下列反应：Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g），已知该反应的平衡常数K_1000℃＜K_1400℃，则该反应的△H＞0（填“＞”“=”或“＜”）．
（2）含硫燃料中间体废水中主要含有物为Na₂SO₃，回收废水中的硫化物，以减少资源的浪费，可采用以下方法：

①中和含酸废水工业常用的试剂x是石灰水．
②写出H₂S气体与足量NaOH溶液反应的化学方程式H₂S+2NaOH═Na₂S+2H₂O．
③铁屑与石墨能形成微型原电池，SO₃^2-在酸性条件下放电生成H₂S进入气相从而达到从废水中除去Na₂SO₃的目的，写出SO₃^2-在酸性条件下放电生成H₂S的电极反应式：SO₃^2-+8H⁺+6e^-═H₂S↑+3H₂O．
④已知：2H₂S（g）+O₂（g）═2S（s）+2H₂O（l）△H=-632.8kJ/mol
SO₂（g）═S（s）+O₂（g）△H=+269.8kJ/mol
H₂S与O₂反应生成SO₂和H₂O的热化学方程式为2H₂S（g）+3O₂（g）═2SO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1172.4kJ/mol．

4．如图所示是部分短周期元素化合价与原子序数的关系图，下列说法正确的是（　　）

	A．	离子半径：Z＞Y＞X
	B．	最高正价氧化物对应的水化物的酸性：R＜W
	C．	氢化物的还原性：R＞W
	D．	R的单质能与W的氢化物反应，可证明非金属性：R＞W

11．生产生活中的许多现象或应用都与化学知识有关．下列现象与胶体性质无关的是（　　）

	A．	将盐卤或石膏加入豆浆中，制成豆腐
	B．	一支钢笔使用两种不同型号的蓝黑墨水，易出现堵塞
	C．	三氯化铁溶液中滴稀氨水出现红褐色沉淀
	D．	清晨，人们经常能看到阳光穿过茂密的树木枝叶所产生的美丽景象

1．在无色溶液中能大量共存的一组离子是（　　）

	A．	Na⁺、CH₃COO^-、CO₃^2-、OH^-		B．	K⁺、Al³⁺、SO₄^2-、AlO₂^-
	C．	Na⁺、K⁺、SO₃^2-、Fe³⁺		D．	NH₄⁺、H⁺、NO₃^-、HCO₃^-

8．N_A表示阿伏加德罗常数的值，下列判断正确的是（　　）

	A．	lmol Cu在适量硫蒸气中燃烧，得到的固体质量为80g
	B．	分子数为N_A的CO、C₂H₄的混合气体体积约为22.4L，质量为28g
	C．	56g Fe投入足量冷的浓硝酸中，转移的电子数为3N_A
	D．	0．lmol¹${\;}_{53}^{131}$I原子中含电子数为7.8N_A