Question

2．钛的化合物如TiO₂、Ti（NO₃）₄、TiCl₄、Ti（BH₄）₂等均有着广泛用途．
（1）写出Ti的基态原子的外围电子排布式3d²4S²；
（2）TiCl₄熔点是-25℃，沸点136.4℃，可溶于苯或CCl₄，该晶体属于分子晶体；BH₄^-中B原子的杂化类型为sp³；
（3）在 TiO₂催化作用下，可将CN^-氧化成CNO^-，进而得到N₂．与CNO^-互为等电子体的分子化学式为CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）．（填一种）
（4）Ti³⁺可以形成两种不同的配合物：[Ti（H₂O）₆]Cl₃（紫色），[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O（绿色），两者配位数相同（填“相同”或“不同”），绿色晶体中配体是Cl^-、H₂O．
（5）TiO₂难溶于水和稀酸，但能溶于浓硫酸，析出含有钛酰离子的晶体，钛酰离子常成为链状聚合形式的阳离子，其结构形式如图1，化学式为[TiO]_n²ⁿ⁺．

（6）简单立方晶胞如图2．若果半径为r的原子保持紧密接触，立方体的中心能容得下半径最大为（$\sqrt{3}$-1）r的一个原子（用含r的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）Ti是22号元素，原子核外电子数为22，根据能量最低原理书写价电子排布式；
（2）根据题目中提供的物理性质TiCl₄在常温下是无色液体，熔点是-25℃，沸点136.4℃，来判断晶体类型；根据价层电子对互斥理论确定B原子的杂化类型；
（3）根据等电子体是指具有相同电子数目和原子数目的分子或离子来回答；
（4）根据配合物的结构分析，內界离子数为配位数，据此分析配体；
（5）每个O原子被两个Ti原子共用、每个Ti原子被两个O原子共用，利用均摊法计算二者原子个数之比，Ti元素为+4价、O元素为-2价，据此书写其化学式；
（6）半径为r的原子保持紧密接触，则晶胞的边长2r，面对角线长为$\sqrt{（2r）^{2}+（2r）^{2}}$=2$\sqrt{2}$r，体对角线长为$\sqrt{（2\sqrt{2}r）^{2}+（2r）^{2}}$=2$\sqrt{3}$r，故立方体的中心能容得下半径最大为$\frac{2\sqrt{3}r-2r}{2}$=（$\sqrt{3}$-1）r．

解答 解：（1）Ti是22号元素，原子核外电子数为22，元素基态原子的电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4S²，则价电子排布式为：3d²4S²，
故答案为：3d²4S²；
（2）因TiCl₄在常温下是无色液体，熔点是-25℃，沸点136.4℃，熔沸点低，由此可判断 TiCl₄是由共价键结合的分子，晶体类型属于分子晶体，BH₄^-中B原子价层电子数=4+$\frac{1}{2}$（3+1-4×1）=4，且不含孤电子对，B原子是sp³杂化，BH₄^-是正四面体构型，
故答案为：分子；sp³；
（3）CNO^-中电子数为：6+7+8+1=22，与CO₂具有相同电子数目和原子数目，是等电子体，常见粒子还有N₂O、CS₂、BeCl₂等；
故答案为：CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等）；
（4）[Ti（ H₂O）₆]Cl₃（紫色），配体为：H₂O，配位数为6，[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O（绿色），配体为Cl^-、H₂O，配位数为6，两者配位数相同，
故答案为：相同；Cl^-、H₂O；
（5）每个O原子被两个Ti原子共用、每个Ti原子被两个O原子共用，利用均摊法计算二者原子个数之比为1：1；
Ti元素为+4价、O元素为-2价，据此书写其化学式为[TiO]_n²ⁿ⁺，
故答案为：[TiO]_n²ⁿ⁺；
（6）半径为r的原子保持紧密接触，则晶胞的边长2r，面对角线长为$\sqrt{（2r）^{2}+（2r）^{2}}$=2$\sqrt{2}$r，体对角线长为$\sqrt{（2\sqrt{2}r）^{2}+（2r）^{2}}$=2$\sqrt{3}$r，故立方体的中心能容得下半径最大为$\frac{2\sqrt{3}r-2r}{2}$=（$\sqrt{3}$-1）r，
故答案为：（$\sqrt{3}$-1）r．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及核外电子排布、等电子体、杂化方式的判断、晶胞的计算等知识点，难点是晶胞的计算，灵活运用公式是解本题关键，题目难度中等．