Question

钛被称为继铁、铝之后的第三金属，其常见的化合物有钙钛矿、硫酸氧钛（TiOSO₄）、钛酸（H₂TiO₃）、二氧化钛（TiO₂）、四氯化钛（TiCl₄）等，回答下列问题：

（1）基态钛原子的价层电子排布式为______，金属钛晶体的晶胞结构如图所示，其堆积方式名称为______。

（2）硫酸氧钛的阳离子为TiO²⁺，其阴离子的VSEPR模型名称为______。TiOSO₄在水溶液中不稳定，易生成钛酸沉淀，该反应化学方程式为______。

（3）纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图：

化合物乙种C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为______。化合物甲的沸点低于化合物乙的沸点，主要原因是______。

（4）已知TiCl₄在通常情况下是无色液体，熔点为-37℃，沸点为136℃，由此可知TiCl₄为______晶体。将TiCl₄加入盐酸中，经处理可得到一种配位数为6的绿色晶体TiCl₃•6H₂O，1mol该晶体恰好与含2molAgNO₃的溶液反应得到白色沉淀，则该绿色晶体中配离子的化学式为______。

（5）钙钛矿的一种晶体结构如图所示。Ti位于立方晶胞的顶点，每个Ti被6个O包围成配位八面体，Ca位于立方晶胞的体心，与Ca距离最近的O有______个；若Ca与Ti的最近核间距为apm，阿伏伽德罗常数为N_A，则此钙钛矿的密度为______g•cm^-3．（列出计算式即可）

Answer

3d24s2 六方最密堆积 正四面体 TiOSO4＋2H2O=H2TiO3↓＋H2SO4 N>O>C 化合物乙分子间存在氢键 分子 [TiCl(H2O)5]2＋ 12 g/cm3或g/cm3

【解析】

(1)钛元素属于过渡元素，价层电子包括最外层电子数和次外层d能级上；根据金属晶体堆积模型进行分析判断；

(2)VSEPR模型的判断是σ键与孤电子对数的和，根据信息完成即可；

(3)同周期从左向右第一电离能逐渐增大，且IIA>IIIA、VA>VIA，据此分析；都属于分子晶体，先看有没有氢键，若没有氢键，从相对分子质量的角度进行分析；

(4)从晶体类型的物理性质上分析TiCl4属于哪种晶体；根据配合物的结构进行分析；

(5)根据晶胞的结构和均摊法进行分析；

(1)钛元素位于第四周期IVB族，价层电子包括次外层d能级和最外层电子数，即Ti的价层电子排布式3d24s2；根据晶胞结构，钛的堆积方式为六方最密堆积；

(2)硫酸氧钛的阴离子为SO42－，价层电子对数=4＋=0，VSEPR模型为正四面体；钛酸的化学式为H2TiO3，因此反应方程式为TiOSO4＋2H2O=H2TiO3↓＋H2SO4；

(3) 同周期从左向右第一电离能逐渐增大，且IIA>IIIA、VA>VIA，三种元素的第一电离能由大到小顺序是N>O>C；化合物乙中－NH2能形成分子间氢键，化合物甲不能形成分子间氢键，因此化合物乙的高于化合物甲的沸点；

(4)TiCl4的熔点为-37℃，沸点为136℃，熔沸点较低，所以TiCl4为分子晶体；1mol该晶体恰好与含2molAgNO3溶液生成白色沉淀，说明1mol该物质中有1molCl与Ti形成配位键，Ti的配位数为6，则该配离子为[TiCl(H2O)5]2＋；

(5)根据晶胞结构，每条边长的中点是一个氧原子，共12个氧原子，该晶胞中Ca原子个数是1，Ti原子个数为=1，氧原子的个数为=3，其化学式为CaTiO3，Ca与Ti最近的核间距为apm，则体对角线的距离为2apm，根据勾股定理，晶胞的边长为pm，晶胞质量为，根据密度的定义，钙钛矿的密度为或 g/cm3或g/cm3。