Question

【題目】第四周期的多數(shù)元素及其化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領域有著廣泛的應用。回答下列問題：

(1) 基態(tài)Ti原子中，最高能層電子的電子云輪廓形狀為___，與Ti同周期的所有過渡元素的基態(tài)原子中，寫出任意一種最外層電子數(shù)與鈦不同的元素外圍電子排布式_____。

(2) 琥珀酸亞鐵片是用于缺鐵性貧血的預防和治療的常見藥物，臨床建議服用維生素C促進“亞鐵”的吸收，避免生成Fe3+，從結構角度來看，Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是_________________。

(3) SCN— 可用于Fe3+的檢驗，寫出與SCN— 互為等電子體的一種微粒：_____。

(4) 成語“信口雌黃”中的雌黃分子式為As2S3，分子結構如圖，As原子的雜化方式為______，雌黃和SnCl2在鹽酸中反應轉化為雄黃(As4S4)和SnCl4并放出H2S氣體，寫出該反應方程式：__________________。SnCl4分子的立體構型為_______。

(5)金紅石(TiO2)是含鈦的主要礦物之一，具有典型的四方晶系結構，其晶胞結構(晶胞中相同位置的原子相同)如圖所示(注意：D不在體心)：

①4個微粒A、B、C、D中，屬于氧原子的是________________。

②若A、B、C原子的坐標分別為A(0，0，0)、B(0.69a，0.69a，c)、C(a，a，c)，則D原子的坐標為D(0.19a，____， ____)；若晶胞底面邊長為x，則鈦氧鍵的鍵長d=_______(用代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】球形 3d54s1或3d104s1 Fe3+的3d5半滿狀態(tài)更穩(wěn)定 N2O(或CO2、CS2、OCN-) sp3 2As2S3+2SnCl2+4HCl=As4S4+2SnCl4+2H2S↑ 正四面體 B、D 0.81a 0.5c

【解析】

(1)基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為[Ar]3d24s2，結合構造原理與洪特規(guī)則分析解答；

(2)根據(jù)洪特規(guī)則，處于半充滿、全充滿狀態(tài)更穩(wěn)定；

(3)根據(jù)原子總數(shù)相等、價電子總數(shù)也相等的微粒互為等電子體分析書寫；

(4)由結構圖可知，黑色球為As、白色球為S，分子中As原子形成3個σ鍵、還含有1對孤電子對，據(jù)此判斷雜化類型；As2S3和SnCl2在鹽酸中反應轉化為雄黃(As4S4)和SnCl4并放出H2S氣體，據(jù)此書寫并配平反應方程式；SnCl4分子中Sn原子形成4個Sn-Cl鍵，沒有孤電子對，據(jù)此判斷；

(5)①根據(jù)均攤法計算出處于不同位置的微粒數(shù)，結合化學式TiO2分析判斷；②根據(jù)A、B、C的原子坐標，坐標系原點選取為A，根據(jù)立體幾何知識分析D的原子坐標并計算鈦氧鍵鍵長d。

(1)基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為[Ar]3d24s2，最高能層電子為4s能級，電子云輪廓形狀為球形；與Ti同周期的所有過渡元素的基態(tài)原子中，最外層電子數(shù)與鈦不同，結合構造原理與洪特規(guī)則，符合條件的元素原子的價電子排布為3d54s1、3d104s1，故答案為：球形；3d54s1或3d104s1；

(2)Fe2+價電子為3d6，失去1個電子形成更穩(wěn)定的3d5半滿狀態(tài)的Fe3+，導致Fe2+易被氧化成Fe3+，故答案為：Fe3+的3d5半滿狀態(tài)更穩(wěn)定；

(3)C原子與1個單位負電荷可以等效替換為N原子，N原子與1個單位負電荷可以替換為O原子，S原子可以用氧原子替換，因此與SCN-互為等電子體的微粒為：N2O、CO2、CS2、OCN-，故答案為：N2O(或CO2、CS2、OCN-)；

(4)由結構圖可知，黑色球為As、白色球為S，分子中As原子形成3個σ鍵、還含有1個孤電子對，雜化軌道數(shù)目為3+1=4，As雜化方式為sp3雜化；As2S3和SnCl2在鹽酸中反應轉化為雄黃(As4S4)和SnCl4并放出H2S氣體，反應方程式為：2As2S3+2SnCl2+4HCl=As4S4+2SnCl4+2H2S↑；SnCl4分子中Sn原子形成4個Sn-Cl鍵，沒有孤電子對，價層電子對數(shù)為4，分子空間構型為正四面體形，故答案為：sp3；2As2S3+2SnCl2+4HCl=As4S4+2SnCl4+2H2S↑；正四面體；

(5)①根據(jù)晶胞結構分析，四方晶胞中，頂點粒子占，面上粒子占，內部粒子為整個晶胞所有，所以一個晶胞中，頂點粒子(A、C)有8×=1個，面上粒子(B)有4×=2個，內部粒子有3個，由于晶體的化學式為TiO2，所以4個微粒A、B、C、D中，屬于氧原子的是：B、D，體心和頂點(A、C)為Ti原子，故答案為：B、D；

②A、B、C的原子坐標分別為A(0，0，0)、B(0.69a，0.69a，c)、C(a，a，c)，坐標系原點選取點A，O作變形六方最緊密堆積，Ti4+在晶胞頂點及體心位置，O2-在晶胞上下底面的面對角線方向各有2個，在晶胞半高的另一個面對角線方向也有兩個，中間半層的結構為(俯視圖)，l即為鈦氧鍵的鍵長d，根據(jù)幾何知識，則D點的坐標為(0.19a，0.81a，0.5c)，金紅石晶胞中，Ti處于體心，體心Ti周圍有6個O形成八面體結構，上底面結構為：(俯視圖)，根據(jù)上底面結構，d=(a-0.69a)×=0.31×a，由于底邊長為x，即x=a，所以d=0.31×x，故答案為：0.81a； 0.5c； 0.31×x。