Question

已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于48．X的一种1：1型氢化物分子中既有σ键又有π键．Z是金属元素，Z的单质和化合物有广泛的用途．已知Z的核电荷数小于28，且次外层有2个未成对电子．工业上利用ZO₂和碳酸钡在熔融状态下制取化合物M（M可看做一种含氧酸盐）．M有显著的“压电性能”，应用于超声波的发生装置．经X射线分析，M晶体的最小重复单位为正方体（如图），边长为4.03×10^-10m，顶点位置为Z⁴⁺所占，体心位置为Ba²⁺所占，所有棱心位置为O^2-所占．
（1）Z⁴⁺的核外电子排布式为

 

；
（2）X在该氢化物中以

 

方式杂化．X和Y形成的化合物的熔点应该

 

 （填“高于”或“低于”）X氢化物的熔点．
（3）①在M晶体中，若将Z“置于立方体的体心，Ba²⁺置于立方体的顶点，则O^2-处于立方体的

 

；②在M晶体中，Z⁴⁺的氧配位数为

 

；
（4）制备M的化学反应方程式是

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算

专题：

分析：Z的核电荷数小于28，且次外层有2个未成对电子，其价层电子排布应当是3d²4s²，所以Z为Ti元素，X的一种1：1型氢化物分子中既有σ键又有π键，应为H-C≡C-H，则X为C元素，X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于48，则Y的原子序数为20，应为Ca元素，
（1）根据能量最低原理书写电子排布式；
（2）X的氢化物为H-C≡C-H，根据结构和成键特点判断杂化方式，根据不同类型晶体的性质判断熔点高低；
（3）①根据图，在M晶体中，顶点位置为Z⁴⁺所占，体心位置为Ba²⁺所占，所有棱心位置为O^2-所占，利用均摊法可知，晶胞中Ti、Ba、O的个数比为（8×

1

8

）：1：（12×

1

4

）=1：1：3，若将Z⁴⁺置于立方体的体心，Ba²⁺置于立方体的顶点，要使晶胞中Ti、Ba、O的个数比仍为1：1：3，则O^2-只能处于立方体的面心，据此答题；
②根据晶胞的结构判断；
（4）根据晶胞确定该化合物的化学式，根据题意，高温条件下，二氧化钛和碳酸钡反应生成BaTiO₃和CO₂，据此写化学方程式；

解答： 解：Z的核电荷数小于28，且次外层有2个未成对电子，其价层电子排布应当是3d²4s²，所以Z为Ti元素，X的一种1：1型氢化物分子中既有σ键又有π键，应为H-C≡C-H，则X为C元素，X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于48，则Y的原子序数为20，应为Ca元素，
（1）钛是22号元素，根据能量最低原理，钛离子的电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶；
（2）X的氢化物为H-C≡C-H，碳原子形成2个δ键，无孤电子对，所以碳为为sp杂化，X和Y形成的化合物是CaC₂，是离子化合物，形成离子晶体，而C₂H₂是共价化合物，形成分子晶体，所以，CaC₂的熔点高于C₂H₂，故答案为：sp； 高于；
（3）①根据图，在M晶体中，顶点位置为Z⁴⁺所占，体心位置为Ba²⁺所占，所有棱心位置为O^2-所占，利用均摊法可知，晶胞中Ti、Ba、O的个数比为（8×

1

8

）：1：（12×

1

4

）=1：1：3，若将Z⁴⁺置于立方体的体心，Ba²⁺置于立方体的顶点，要使晶胞中Ti、Ba、O的个数比仍为1：1：3，则O^2-只能处于立方体的面心，
故答案为：面心；
②根据晶胞的结构可知，每个Ti⁴⁺周围有6个O^2-，所以Ti⁴⁺的配位数为6，故答案为：6；
（4）根据（3）①可知，M的化合物的化学式为BaCO₃，根据题意，高温条件下，二氧化钛和碳酸钡反应生成BaTiO₃和CO₂，所以化学方程式为TiO₂+BaCO₃

△   .

BaTiO₃+CO₂↑，故答案为：TiO₂+BaCO₃

△   .

BaTiO₃+CO₂↑；

点评：本题主要考查了核外电子排布、原子杂化轨道、晶体的性质、晶胞的结构及化学方程式的书写，中等难度，解题的关键在于元素的推断．