Question

SiC纤维单向增强的Ti_xAl_y基复合材料可作为高超音速飞行器表面的放热材料。回答下列问题：

（1）C元素所在周期中，第一电离能最大的元素是_____（填元素符号）。

（2）基态Ti原子的价电子排布式为_____，能量最高的能级有_____个空轨道。

（3）甲基硅油结构如图所示，其中Si原子的杂化方式为_____，以甲基硅油为主要成分的硅橡胶能够耐高温的原因是_____。

（4）Li₂CO₃、Li₂TiO₃是锂离子电池中的常用材料，其中CO₃^2-的空间构型为_____，其含有的共价键类型有_____。

（5）Ti_xAl_y合金的一种结构单元如图所示（Al、Ti原子各有一个原子在结构单元内部），该合金的化学式为_____，其结构单元棱长为apm，底面边长为bpm，该合金的密度为_____g·cm^-3。

Answer

Ne 3d24s2 3 sp3杂化 Si—O键的键能大 平面三角形 σ键和π键 Ti11Al5或Al5Ti11 ×1030

【解析】

(1)根据第一电离能的周期性变化规律分析解答；

(2)根据电子排布规律、Ti的原子序数可以得出基态Ti原子价电子排布式、能量最高的能级空轨道数目；

(3)按Si原子形成的共价键种类和数目，确定Si原子的杂化方式；硅橡胶能够耐高温反化学键牢固程度来分析；

(4)根据价电子对互斥理论来确定C原子的杂化方式以及C原子与O原子之间的化学键类型；

(5)用均摊法计算晶胞的化学式，按合金的密度即晶胞密度、应用密度的定义计算。

(1)随着原子序数的递增，同一周期的主族元素第一电离能呈递增趋势，碱金属的第一电离能最小，而稀有气体的第一电离能最大，C元素所在的周期为第二周期，则该周期Ne的第一电离能最大；

(2)Ti的原子序数为22，基态Ti原子的电子排布式为[Ar]3d24s2，价电子排布式为3d24s2，能量最高的能级为3d，3d轨道共有五个，按洪特规则，其中有2个轨道分别被2个电子占据，还含有3个空轨道；

(3)甲基硅油结构中Si原子形成4个单键，故Si原子的杂化方式为sp3杂化，硅橡胶能够耐高温，原因是共价键牢固，硅橡胶中含Si−O和Si−C，Si−O更牢固；

(4)CO32−中C原子价电子对数＝3＋＝3，且不含孤电子对，CO32−空间构型为平面三角形，C原子的杂化方式为sp2杂化，由于CO32−空间构型为平面三角形，则C原子与O原子之间存在3个σ键和1个大π键；

(5)Ti原子在结构单元中的位置：顶点8个、面心2个、棱上1个、体内1个，则一个晶胞中，含有Ti的数目为×8＋×2＋×1＋1＝，Al原子在顶点有4个，体内1个，则一个晶胞中含有Al的数目为×4＋1＝，则化学式为：Ti11Al5或Al5Ti11，则晶胞的密度为ρ＝＝=×1030g/cm3。