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NA×(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
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网