Question

5．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：

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．金属钛晶胞如图1所示，为六方最密堆积（填堆积方式）．
（2）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．
（3）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．

（4）硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子，结构如图3所示．该阳离子Ti与O的原子数之比为1：1，其化学式为TiO²⁺（或[TiO]_n²ⁿ⁺）．

（5）钙钛矿晶体的结构如图4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．

Answer 1

分析 （1）Ti原子价电子为3d、4s电子，3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子；原子核外有几个电子其电子就有几种运动状态；该晶体为六方最密堆积；
（2）分子晶体熔沸点较低；
（3）氢键的存在导致物质熔沸点升高；同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；
（4）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；
（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，根据均摊原则计算各原子个数，从而确定化学式．

解答 解：（1）Ti原子价电子为3d、4s电子，3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子，其价电子排布图为；原子核外有几个电子其电子就有几种运动状态，Ti原子核外有22个电子，所以其原子核外电子有22种运动状态；该晶体为六方最密堆积，
故答案为：；22；六方最密；
（2）分子晶体熔沸点较低，该物质熔沸点较低，属于分子晶体，故答案为：分子；
（3）氢键的存在导致物质熔沸点升高，乙中含有氢键、甲不含氢键，所以化合物乙熔沸点高于甲；能形成sp³杂化的原子有C、N、O元素，同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能N＞O＞C，
故答案为：化合物乙分子间形成氢键；N＞O＞C；
（4）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，
故答案为：1：1；TiO²⁺（或[TiO]_n²ⁿ⁺）；
（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，
故答案为：6；12；CaTiO₃．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、元素周期律、晶体类型判断、原子核外电子排布式的书写等知识点，侧重考查学生分析判断及计算、空间想象能力等，明确基本原理及基本性质即可解答，难点是晶胞计算．