Question

【題目】鈦被譽為“21世紀的金屬”，可呈現多種化合價。其中以+4價的Ti最為穩定。回答下列問題：

（1）基態Ti原子的價電子排布圖為__。

（2）已知電離能：I2(Ti)=1310kJ·mol-1，I2(K)=3051kJ·mol-1。I2(Ti)<I2(K)，其原因為__。

（3）鈦某配合物可用于催化環烯烴聚合，其結構如圖所示：

①鈦的配位數為__，碳原子的雜化類型__。

②該配合物中存在的化學鍵有__(填字母)。

a.離子健 b.配位鍵 c.金屬健 d.共價鍵 e.氫鍵

（4）鈦與鹵素形成的化合物熔、沸點如下表所示：

	TiCl4	TiBr4	TiI4
熔點/℃	-24.1	38.3	155
沸點/℃	136.5	233.5	377

分析TiCl4、TiBr4、TiI4的熔點和沸點呈現一定變化規律的原因是__。

（5）已知TiO2與濃硫酸反應生成硫酸氧鈦，硫酸氧鈦晶體中陽離子為鏈狀聚合形式的離子，結構如圖所示，該陽離子化學式為_。陰離子的立體構型為__。

（6）已知TiN晶體的晶胞結構如圖所示，若該晶胞的密度為ρg·cm-3，阿伏加德羅常數值為NA，則晶胞中Ti原子與N原子的最近距離為___pm。(用含ρ、NA的代數式表示)

Answer 1

【答案】 K+失去的是全充滿的3p6電子，Ti+失去的是4s1電子，相對較易失去，故I2(Ti)<I2(K) 6 sp3、sp2 bd 三者均為分子晶體，組成與結構相似，隨著相對分子質量增大，分子間作用力增大，熔、沸點升高 TiO2+ 正四面體 ×1010

【解析】

（1）基態Ti原子的價電子排布圖可根據構造原理、泡利原理、洪特規則填寫；

（2）全充滿、半充滿、全空，是相對穩定的結構，破壞這樣的結構需要更多的能量，形成這樣的結構趨勢較大，需要較少能量；

（3）配位數是中心原子周圍的配位原子的個數；碳原子的雜化類型與其形成的化學鍵有關：形成4個單鍵為sp3雜化，形成1個雙鍵、2個單鍵為sp2雜化，形成1個三鍵、1個單鍵為sp雜化；

（4）分子晶體，組成和結構相似，相對分子質量越大，分子間作用力越大，物質的熔、沸點越高；

（5）SO42-的立體構型可根據價層電子對互斥理論推測；

（6）晶胞中Ti原子與N原子的最近距離為晶胞棱長的二分之一，可先根據V=計算出晶胞的體積，再開三次方計算晶胞棱長，最后將晶胞棱長乘二分之一。

（1）基態Ti原子有4個價電子，根據構造原理，4s能級能量較低，電子先填滿4s能級，再填入3d能級；根據泡利原理和洪特規則，2個電子先填入4s能級的1個軌道，自旋狀態相反，3d能級有5個軌道，剩余2個電子應先占據不同的軌道，且自旋狀態相同，故答案為：；

（2）Ti+的基態電子排布為[Ar]3d24s1，再失去1個電子，4s軌道將變為全空狀態，趨勢較大，所需能量I2(Ti)較低；K+的基態電子排布為[Ne]3s23p6，再失去1個電子，將破壞3p6的全充滿狀態，所需能量I2(K)較高，故答案為：K+失去的是全充滿的3p6電子，Ti+失去的是4s1電子，相對較易失去，故I2(Ti)<I2(K)；

（3）①Ti的配位數為6，甲基碳的雜化類型為sp3，雙鍵碳的雜化類型為sp2，故答案為：6；sp3、sp2；

②該配合物中存在配位鍵和共價鍵，故答案為：bd；

（4）TiCl4、TiBr4、TiI4的熔、沸點逐漸升高，因為它們均為分子晶體，組成和結構相似，相對分子質量越大，分子間作用力越強，熔、沸點越高，故答案為：三者均為分子晶體，組成與結構相似，隨著相對分子質量增大，分子間作用力增大，熔、沸點升高；

（5）可用均攤法確定硫酸氧鈦晶體中陽離子的化學式，每個Ti原子連接2個O原子，每個O原子只有一半屬于它，所以Ti原子與O原子的個數比=1∶(×2)=1∶1，陽離子的化學式為TiO2+；硫酸氧鈦的陰離子為SO42-，中心原子S的價層電子對數=4+×(8－4×2)=4，VSEPR模型為正四面體，沒有孤電子對，所以SO42-的立體構型為正四面體，故答案為：TiO2+；正四面體；

（6）一個TiN晶胞中，Ti原子數=12×+1=4，N原子數=6×+8×=4，m(晶胞)=m(Ti)+m(N)==g，V(晶胞)=== ，晶胞的棱長==cm=×1010pm，晶胞中Ti原子與N原子的最近距離=晶胞的棱長×=×1010pm×=×1010pm ，故答案為：×1010。