Question

【題目】鈦由于其穩定的化學性質，良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿以及高強度、低密度，被美譽為“未來鋼鐵”、“戰略金屬”。

(1)基態鈦原子核外共有_______種運動狀態不相同的電子，價電子排布式_______；與鈦同周期的元素中，基態原子的未成對電子數與鈦相同的有________種。

(2)鈦比鋼輕、比鋁硬，是一種新興的結構材料。鈦硬度比鋁大的原因是_________。

(3)TiCl4是氧化法制取鈦的中間產物。TiCl4分子結構與CCl4相同，在常溫下都是液體。TiCl4分子的空間構型是_______；TiCl4穩定性比CCl4差，試從結構分析其原因：_______。

(4)鈣鈦礦材料是一類有著與鈦酸鈣相同晶體結構的材料，這種奇特的晶體結構讓它具備了很多獨特的理化性質，比如吸光性、電催化性等。鈦酸鈣晶體結構如圖所示。其中，A代表Ca2+，Ti原子位于由O原子構成的正八面體的中心，則鈦酸鈣的化學式為______，Ca2+的配位數是________。

Answer 1

【答案】22 3d24s2 3 鈦原子的價電子數比Al多，金屬鍵更強 正四面體 鈦原子半徑比碳大，Ti-Cl鍵比C-Cl鍵的鍵長大、鍵能小，易斷裂 CaTiO3 12

【解析】

(1)原子核外有多少電子，電子的運動狀態就有多少；根據構造原理先寫出Ti的核外電子排布式，就可得到其價層電子排布式；然后根據每個能級具有的軌道數判斷與Ti具有相同未成對電子數目；

(2)鈦、鋁都屬于金屬晶體，金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大；

(3)根據物質的熔沸點與晶體類型關系分析；利用價層電子對數判斷分子空間構型；根據共價鍵的牢固程度判斷物質的穩定性大小；

(4)鈣鈦晶礦晶胞中鈦離子與周圍六個氧原子包圍形成八面體，立方體晶胞共有12個邊長，每條邊長的中點是一個氧原子，共12個氧原子包圍著中心的鈣離子，根據均攤法計算圖中立方體中各原子數目確定化學式。

(1)由于在任何一個原子中都不存在運動狀態完全相同的電子，所以22號Ti元素的原子核外有22種運動狀態不相同的電子，Ti的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，可見其價層電子排布式為3d24s2；在Ti原子核外有2個未成對電子，同周期中未成對電子數與鈦相同的元素原子價電子排布式為3d84s2、4s24p2、4s24p4，因此有3種；

(2)鈦、鋁都屬于金屬晶體，金屬鍵影響硬度，鈦的價電子比Al的多，金屬鍵比Al的強，所以鈦的硬度大于鋁；

(3)在TiCl4分子中Ti原子價層電子對水為4，沒有孤對電子，因此分子的空間構型是正四面體，TiCl4與CCl4都是分子晶體，但TiCl4穩定性比CCl4差，是因為鈦原子半徑比碳大，Ti-Cl鍵比C-Cl鍵的鍵長大、鍵能小，易斷裂；

(4)由于A代表Ca2+，Ti原子位于由O原子構成的正八面體的中心，根據圖示可知鈦離子位于立方晶胞的角頂，被6個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個氧離子包圍；每個晶胞中鈦離子和鈣離子均為1個，晶胞的12個邊長上各有一個氧原子，根據均攤原則，每個晶胞實際占有氧原子數目為12×=3，所以晶胞的化學式為CaTiO3。