Question

1．四川含有丰富的矿产资源，钒矿、钛矿、黄铁矿等七种矿产储量位居全国第1位．回答下列问题：
（1）V₂O₅常用作SO₂转化为SO₃的催化剂．SO₂ 分子中键角＜ 120°（填“＞”、“＜”或“=”）；SO₃分子中S原子的杂化轨道类型为sp²；V₂O₅ 溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠（Na₃VO₄），该盐阴离子的立体构型为正四面体．
（2）VO₂⁺在酸性条件下可被草酸（H₂C₂O₄）还原为VO²⁺，草酸被氧化为CO₂，该反应用于钒含量的测定．写出反应的离子方程式2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O．
（3）钛在元素周期表中的位置为第四周期，第ⅣB族，其电子排布式为[Ar]3d²4s²．用乙醚从TiCl₃的饱和溶液中萃取可得TiCl₃•6H₂O绿色晶体，其配位数为6，将1mol该晶体加入到足量硝酸银溶液中可得2mol白色沉淀，则该配合物的化学式是[Ti（H₂O）₅Cl]Cl₂•H₂O．
（4）科学家通过X射线探明，黄铁矿（FeS₂）的晶体结构与NaCl的晶体结构相似，若在FeS₂晶体中阴阳离子间最近距离为a cm，阿伏伽德罗常数为N_A．则晶体密度表达式为$\frac{60}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）SO₂分子中S原子价层电子对个数=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3且含有1个孤电子对，为V形分子，孤电子对和成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力；
SO₃分子中S原子价层电子对个数=3+$\frac{6-3×2}{2}$=3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断三氧化硫中S原子杂化方式；该阴离子中V原子价层电子对个数=4+$\frac{5+3-4×2}{2}$=4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断该阴离子空间构型；
（2）酸性条件下，VO₂⁺在酸性条件下可被草酸（H₂C₂O₄）还原为VO²⁺，草酸被氧化为CO₂，同时又水生成，根据转移电子守恒及原子守恒书写离子方程式；
（3）Ti位于第四周期IVB族；其原子核外有22个电子，3d、4s能级分别含有2个电子，根据构造原理书写其原子核外电子排布式；
用乙醚从TiCl₃的饱和溶液中萃取可得TiCl₃•6H₂O绿色晶体，其配位数为6，将1mol该晶体加入到足量硝酸银溶液中可得2mol白色沉淀，说明该化学式中含有2个氯离子，剩余1个氯原子为配原子，因为其配位数是5，所以还有5个水分子是配体，1个水分子是结晶水；
（4）根据图知，该晶胞中S₂^2-个数=1+12×$\frac{1}{4}$=4、亚铁离子个数=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，该晶胞体积=（2acm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$．

解答 解：（1）SO₂分子中S原子价层电子对个数=2+$\frac{6-2×2}{2}$=3且含有1个孤电子对，为V形分子，孤电子对和成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以SO₂ 分子中键角＜120°；
SO₃分子中S原子价层电子对个数=3+$\frac{6-3×2}{2}$=3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断三氧化硫中S原子杂化方式为sp²；该阴离子中V原子价层电子对个数=4+$\frac{5+3-4×2}{2}$=4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断该阴离子空间构型为正四面体；
故答案为：＜；sp²；正四面体；
（2）酸性条件下，VO₂⁺在酸性条件下可被草酸（H₂C₂O₄）还原为VO²⁺，草酸被氧化为CO₂，同时又水生成，V元素化合价由+5价变为+4价、C元素化合价由+3价变为+4价，转移电子数为2，根据转移电子守恒、原子守恒配平离子方程式为2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2 VO²⁺+2 CO₂↑+2 H₂O，
故答案为：2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2 VO²⁺+2 CO₂↑+2 H₂O；
（3）Ti位于第四周期IVB族；其原子核外有22个电子，3d、4s能级分别含有2个电子，根据构造原理书写其原子核外电子排布式为[Ar]3d²4s²；
用乙醚从TiCl₃的饱和溶液中萃取可得TiCl₃•6H₂O绿色晶体，其配位数为6，将1mol该晶体加入到足量硝酸银溶液中可得2mol白色沉淀，说明该化学式中含有2个氯离子，剩余1个氯原子为配原子，因为其配位数是5，所以还有5个水分子是配体，1个水分子是结晶水，其化学式为[Ti（H₂O）₅Cl]Cl₂•H₂O，
故答案为：第四周期，第ⅣB族；[Ar]3d²4s²；[Ti（H₂O）₅Cl]Cl₂•H₂O；
（4）根据图知，该晶胞中S₂^2-个数=1+12×$\frac{1}{4}$=4、亚铁离子个数=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，该晶胞体积=（2acm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{120}{{N}_{A}}×4}{（2a）^{3}}$g/cm³=$\frac{60}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：$\frac{60}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高考热点，涉及晶胞计算、配合物化学式确定、原子结构、微粒空间构型判断等知识点，综合性较强，侧重考查学生分析判断、计算及空间想象能力，难点是晶胞计算，知道晶胞公式含义，题目难度中等．