Question

钛被称为继铁、铝之后的第三金属，请回答下列问题：

(1)金红石(TiO₂)是钛的主要矿物之一，基态Ti原子价层电子的排布图为_________，基态O原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 __________形。

(2)以TiO₂为原料可制得TiCl₄，TiCl₄的熔、沸点分别为205K、409K，均高于结构与其相似的CCl₄，主要原因是 __________________。

(3)TiCl₄可溶于浓盐酸得H₂[TiCl₆]，向溶液中加入NH₄Cl浓溶液可析出黄色的(NH₄)₂[TiCl₆]晶体。该晶体中微观粒子之间的作用力有 ________。

A．离子键   B．共价键  C．分子间作用力  D．氢键  E．范德华力 

(4)TiCl₄可与CH₃CH₂OH、HCHO、CH₃OCH₃等有机小分子形成加合物。上述三种小分子中C原子的VSEPR模型不同于其他分子的是 _____，该分子中C的轨道杂化类型为________ 。

(5)TiO₂与BaCO₃一起熔融可制得钛酸钡。

①BaCO₃中阴离子的立体构型为 ________。

②经X射线分析鉴定，钛酸钡的晶胞结构如下图所示（Ti⁴⁺、Ba²⁺均与O^2－相接触），则钛酸钡的化学式为 _________。已知晶胞边长为a pm，O^2－的半径为b pm，则Ti⁴⁺、Ba²⁺的半径分别为____________pm、___________pm。

Answer

哑铃型 TiCl4的相对分子质量大于CCl4，分子间作用力更大 AB HCHO sp2 平面三角形 BaTiO3

【解析】

(1)根据元素核外电子排布规律书写电子排布式，根据电子排布式判断最高能级及电子云轮廓；

(2)分子晶体的熔沸点与分子间作用力有关，根据相对分子质量分析判断；

(3)结合晶体转化反应过程，和物质类别判断分析化学键的种类；

(4)根据有机物中碳原子的成键方式，判断空间构型，进而判断碳原子杂化方式；

(5)①应用杂化轨道理论计算中心原子的价电子对数确定杂化方式分析确定立体构型；

②结合晶胞图示计算晶胞中各原子的个数书写其分子式，再结合晶胞微粒的相互位置关系计算微粒的半径。

(1) Ti为38号元素，基态钛原子核外电子排布式为：[Ar]3d24s2，则价层电子排布图为；基态O原子核外电子排布式为1s22s22p4，最高能级为p，其电子云轮廓为哑铃型；

(2) TiCl4的熔、沸点分别为205K、409K，与CCl4结构相似，都属于分子晶体，分子晶体的熔沸点与分子间作用力有关，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，TiCl4的相对分子质量大于CCl4，分子间作用力更大；

(3)根据转化过程TiCl4可溶于浓盐酸得H2[TiCl6]，可看做形成一种酸，所有的酸都属于共价化合物，向溶液中加入NH4Cl浓溶液可析出黄色的(NH4)2[TiCl6]晶体，可看做酸跟盐反应生成(NH4)2[TiCl6]，产物中含有铵根离子，根据以上分析，(NH4)2[TiCl6]晶体中含有共价键和离子键，故答案选AB；

(4) CH3CH2OH和CH3OCH3中的碳原子都是以单键形式成键，结构与甲烷相似，都是四面体结构，HCHO的碳原子含有碳氧双键，分子中所有在同一平面，为平面三角形，根据构型可知，三个分子中C原子的VSEPR模型不同于其他分子的是HCHO，根据构型可得，该分子中C的轨道杂化类型为sp2杂化；

(5)①BaCO3中阴离子为CO32-，中心原子为碳原子，其价层电子对数=3+=3，碳原子为sp2杂化，该阴离子由4个原子构成，则立体构型为平面三角形；

②根据晶胞图示，Ti位于晶胞的顶点，Ti的数目=8×=1，Ba原子位于晶胞的内部，数目为1，分析计算分子式和粒子半径；O原子位于晶胞的棱上，其数目=12×=3，则则钛酸钡的化学式为BaTiO3；已知晶胞边长为a pm，O2－的半径为bpm，根据图示，晶胞边长= 2r(Ti4+)+2r(O2-)=apm，则r(Ti4+)=pm；晶胞面对角线的长度=2r(O2-)+2r(Ba2+)=a pm，r(Ba2+)=pm。