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3.钛是一种非常优越的金属,尤其是抵抗海水腐蚀的能力很强,被称为继铁、铝之后的第三金属.回答下列问题:
(1)基态钛原子的价电子排布式为3d24s2.金属钛晶胞如图所示,晶胞参数a=b=295.08pm,c=468.55pm,α=β=90°,γ=120°.金属钛为六方最密堆积(填堆积方式),其中钛原子的配位数为12.
(2)现有Ti3+的配合物[TiCl(H2O)5]Cl2•H2O.该配合物的配体是H2O、Cl-,配位数是6.
(3)C、N、O等元素可与钛形成二元化合物.C、N、O元素的电负性由大到小的顺序是O>N>C.已知:中心原子相同时,配位原子的电负性越大,键角越小;配位原子相同时,中心原子的电负性越大,键角越大,则NF3、PF3、NH3的键角由大到小的顺序为NH3>NF3>PF3,乙二胺(H2N-CH2-CH2-NH2)和三甲胺[N(CH33]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高的多,原因乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键.
(4)钙钛矿晶体的结构如图所示.晶体的化学式为CaTiO3.晶胞中的原子可用x、y、z组成的三数组来表达它在晶胞中的位置,称为原子坐标.已知原子坐标为A(0,0,0);B(0,$\frac{1}{2}$,0);则Ca离子的原子坐标为($\frac{1}{2},\frac{1}{2},\frac{1}{2}$).

分析 (1)Ti是22号元素,根据核外电子排布规律书写价电子排布式;该晶胞构型为六方最密;由晶胞结构可知,以顶点原子为研究对象,与之最近的原子处于棱上中间位置,每个顶点原子为12个棱中间原子共用,据此判断;
(2)根据配合物的结构特点来分析其中的配体及配位数;
(3)元素非金属性越强,得电子能力越强,其电负性的数值越大;NF3和PF3的配位原子都是F,N的电负性大于P,所以NF3的键角大于PF3,NF3和NH3的中心原子相同,F的电负性大于H,所以NF3的键角小于NH3;乙二胺(H2N-CH2-CH2-NH2)分子之间可以形成氢键,但三甲胺[N(CH33]分子之间不能形成氢键;
(4)利用均摊法计算晶胞中各种原子的数目之比,据此确定化学式;A为Ti(0,0,0),B为O(0,$\frac{1}{2}$,0),故处于体心Ca原子坐标为($\frac{1}{2},\frac{1}{2},\frac{1}{2}$)据此进行分析.

解答 解:(1)Ti是22号元素,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,价电子排布式为为3d24s2;该单质晶体中原子的堆积方式为六方最密堆积;由晶胞结构可知,以顶点原子为研究对象,与之最近的原子处于棱上中间位置,每个顶点原子为12个棱中间原子共用,故晶胞中该原子的配位数为12,
故答案为:3d24s2;六方最密;12;
(2)配合物[TiCl(H2O)5]Cl2•H2O,钛元素的配位体是H2O、Cl-,配位数为5+1=6,
故答案为:H2O、Cl-;6;
(3)元素非金属性越强,得电子能力越强,其电负性的数值越大,所以O>N>C;NF3和PF3的配位原子都是F,N的电负性大于P,所以NF3的键角大于PF3,NF3和NH3的中心原子相同,F的电负性大于H,所以NF3的键角小于NH3,因此键角NH3>NF3>PF3;乙二胺(H2N-CH2-CH2-NH2)分子之间可以形成氢键,三甲胺[N(CH33]分子之间不能形成氢键,故乙二胺的沸点较高,
故答案为:O>N>C;NH3>NF3>PF3;乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键;
(4)晶胞中Ca、Ti、O原子的数目之比=1:(8×$\frac{1}{8}$):(12×$\frac{1}{2}$)=1:1:3,则分子式为CaTiO3,A为Ti(0,0,0),B为O(0,$\frac{1}{2}$,0),故处于体心Ca原子坐标为($\frac{1}{2},\frac{1}{2},\frac{1}{2}$),
故答案为:CaTiO3;($\frac{1}{2},\frac{1}{2},\frac{1}{2}$).

点评 本题考查核外电子排布规律、晶胞的计算、电负性、氢键与化学键等知识,综合性较大,难度中等,是对知识的综合运用,需要学生具备扎实的基础与分析问题解决问题的能力.

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