Question

钛(Ti)被称为“未来金属”，广泛应用于国防、航空航天、生物材料等领域。钛的氯化物有如下转变关系：2TiCl₃TiCl₄↑+TiCl₂回答下列问题。

(1)某同学所画基态 Cl^-的外围电子排布图为，这违反了____________

(2)从结构角度解释 TiCl₃中Ti(III)还原性较强的原因____________。

(3)钛的氯化物的部分物理性质如下表：

氯化物	熔点/℃	沸点/℃	溶解性
TiCl4	-24	136	可溶于非极性的甲苯和氯代烃
TiCl2	1035	1500	不溶于氯仿、乙醚

①TiCl₄与TiCl₂的晶体类型分别是____________。

②TiCl₄与SO₄^2-互为等电子体，因为它们____________相同；SO₄^2-中心原子以3s轨道和3p轨道杂化。

(4)Ti的配合物有多种。Ti(CO)₆、Ti(H₂O)₆³⁺、TiF₆^2-的配体所含原子中电负性最小的是__________；Ti(NO₃)₄的球棍结构如图，Ti的配位数是_____________

(5)钙钛矿(CaTiO₃)是自然界中的一种常见矿物，其晶胞结构如图：

①设N为阿伏加德罗常数的值，计算一个晶胞的质量为______________g.

②假设O^2-采用面心立方最密堆积，Ti⁴⁺与O^2-相切，则=_________。

Answer

泡利原理 +3价Ti外围电子为3d1，失去一个电子后，3d能级处于全空稳定状态 分子晶体；离子晶体 原子总数、价电子总数 H 8 -1或0.414

【解析】

(1)根据原子核外电子排布规律分析；

(2)根据原子核外各个电子层排布处于全满、半满或全空时稳定分析；

(3)①根据分子晶体熔沸点低，易溶于某些溶剂中，而离子晶体熔沸点较高，在有机溶剂中不能溶解分析判断；

②根据等电子体的概念及性质分析判断；

(4)元素的非金属性越弱，元素的电负性就越小；结合图示中与Ti形成共价键的原子数目确定其配位体数目；

(5)①用均摊方法计算一个晶胞中含有的各种元素的原子个数，然后结合摩尔质量与相对原子质量关系计算晶胞质量；

②O2-采用面心立方堆积，则各种离子相对位置可表示为：，面对角线为2个O2-半径与2个Ti4+的半径，晶胞边长为2个O2-半径，据此分析解答。

(1)Cl是17号元素，核外电子排布为2、8、7，Cl原子获得1个电子变为Cl-，根据构造原理，基态Cl-核外电子排布式是1s22s22p63s23p6，3p亚层有3个能量相同的轨道，每个轨道最多容纳2个自旋方向相反的电子，这样排布使离子能量最低，稳定，故基态 Cl-的外围电子排布图为，而则违背了泡利不相容原理；

(2)Ti是22号元素，外围电子排布是3d24s2，TiCl3中Ti的化合价为+3价，+3价Ti外围电子为3d1，当其再失去一个电子后，3d能级处于全空的稳定状态，因此TiCl3中Ti(III)还原性较强；

(3)根据表格性质可知TiCl4熔沸点低，易溶于有机溶剂，则TiCl4是由分子构成的分子晶体；而TiCl2熔沸点较高，在乙醇、乙醚中不能溶解，说明TiCl2的晶体类型属于离子晶体；

②TiCl4与SO42-的原子总数、价电子总数相等，因此二者互为等电子体；

(4)在Ti的多种配合物Ti(CO)6、Ti(H2O)63+、TiF62-中，配体分别是CO、H2O、F-，其中含有的非金属性元素有C、O、H、F，元素的非金属性：F>O>C>H，元素的非金属性越弱，其电负性就越小，故上述所含非金属元素原子中电负性最小的是H；根据Ti(NO3)4的球棍结构图示可知Ti的配位数是8；

(5)①在一个晶胞中含有Ca2+离子数目是1；含有Ti4+离子数目为8=1，含有的O2-数目为12=3，则一个晶胞中含有1个CaTiO3，设NA为阿伏加德罗常数的值，则一个晶胞的质量为=g；

②假设O2-采用面心立方最密堆积，Ti4+与O2-相切，则晶胞边长为L=2r(O2-)，晶胞的面对角线 L=2r(O2-)+2r(Ti4+)，故r(O2-)=L，r(Ti4+)=L- L ，所以=0.404。