Question

钛(Ti)有“21世纪将是钛的世纪”之说，而钛铝合金广泛用于航天领域，已知熔融的TiO2能够导电。回答下列问题：

(1)写出基态Ti原子的价层电子排布图____________，钛元素在周期表中的位置是____________。

(2)TiO₂、TiCl₄和TiBr₄的熔点如下表所示，解释表中钛的化合物熔点存在差异的原因_________。

(3)TiC1₄可由TiO₂和光气(COC1₂)反应制得，反应为TiO₂+2COC1₂ TiCl₄+2CO₂。反应中COC1₂和CO₂碳原子的杂化方式分别为____________、____________，COCl₂的空间构型是_______。

(4)钛铝合金中，原子之间是由____________键形成的晶体，一种钛铝合金具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Ti原子位于顶点和面心位置，Al原子位于棱心和体心，则该合金中Ti和Al原子的数量之比为____________。

(5)已知TiO₂晶胞中Ti⁴⁺位于O^2－所构成的正八面体的体心，TiO₂晶胞结构如图所示：

①根据晶胞图分析TiO₂晶体中Ti⁴⁺的配位数是____________。

②已知TiO₂晶胞参数分别为anm、bnm和cnm，设阿伏加德罗常数的数值为N_A，则TiO₂的密度为____________g·cm^-3(列出计算式即可)。

Answer

第四周期第ⅣB族 TiO2为离子晶体，TiCl4和TiBr4为分子晶体，故TiO2的熔点高，TiCl4和TiBr4的结构相似，TiBr4的相对分子质量比的TiCl4相对分子质量大，则TiBr4的范德华力比TiCl4的范德华力强， 故TiBr4的熔点比TiCl4的熔点高 sp2杂化 sp杂化 平面三角形 金属 1:1 6

【解析】

（1）Ti原子的原子序数是22，在元素周期表中位于第四周期第ⅣB族，基态Ti原子的价层电子排布图为；

（2）比较几种晶体的熔点，离子晶体的熔点高，分子晶体的结构相似时，相对分子质量越大，范德华力越强，熔点越高；

（3）利用价层电子对数求杂化类型及分子间的空间构型；

（4）晶胞中原子个数的求法；

（5）求TiO2晶体密度时，注意一个晶胞中含有2个Ti原子、4个O原子，注意晶胞参数的单位换算。

（1）Ti原子的原子序数是22，在元素周期表中位于第四周期第ⅣB族，基态Ti原子核外电子排布式为[Ar]3d24s2，基态Ti原子的价层电子排布图为；

（2）TiO2为离子晶体，TiCl4和TiBr4为分子晶体，故TiO2的熔点高，TiCl4和TiBr4的结构相似，TiBr4的相对分子质量比的TiCl4相对分子质量大，则TiBr4的范德华力比TiCl4的范德华力强， 故TiBr4的熔点比TiCl4的熔点高；

（3）COC12分子中碳原子的价层电子对数是3，故COC12分子中碳原子的杂化方式为sp2杂化，且中心原子碳原子没有孤电子对，COCl2的空间构型是平面三角形；CO2分子中碳原子的价层电子对数是2，故CO2分子中碳原子的杂化方式为sp杂化；

（4）钛铝合金是金属晶体，原子之间是由金属键形成的晶体，一种钛铝合金具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Ti原子位于顶点和面心位置，Al原子位于棱心和体心，故在一个晶胞中Ti原子个数为：8+6=4，Al原子的个数为：12+1=4，该合金中Ti和Al原子的数量之比为:4:4=1:1；

（5）①因为TiO2晶胞中Ti4+位于O2－所构成的正八面体的体心，所以TiO2晶体中Ti4+的配位数是6；

②根据晶胞图可知，Ti原子8个在顶点、一个在体心，O原子4个在面心、2个在体心，故该晶胞中Ti原子个数为8+1=2，O原子的个数为4+2=4，(a10-7)(b10-7)(c10-7) NA=482+164，=g·cm-3 。