Question

【题目】金属钛性能优越，被誉为继Fe、Al后应用广泛的“第三金属”。

（1）Ti基态原子的价层电子排布图为_______________________。

（2）钛能与B、C、N、O等非金属元素形成稳定的化合物。电负性：C________(填“＞”或“＜”，下同)B；第一电离能：N________O，原因是____________________________________。

（3）月球岩石——玄武岩的主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)。FeTiO3与80%的硫酸反应可生成TiOSO4。SO42-的空间构型为_________形，其中硫原子采用_________杂化，写出SO42-的一种等电子体的化学式：____________________________。

（4）Ti的氧化物和CaO相互作用能形成钛酸盐CaTiO3，CaTiO3的晶体结构如图1所示(Ti4＋位于立方体的顶点)。该晶体中，Ti4+和周围________个O2-相紧邻。

（5）铁晶胞的结构如图2所示，如果晶胞边长为a，铁原子半径为r，则该晶体中铁原子的空间利用率为________________。

Answer 1

【答案】 ＞ ＞ N原子中的2p轨道处于半充满状态，更稳定 正四面体 sp3 ClO4-等 12

【解析】（1）Ti为22号元素，其原子的基态电子排布式为[Ar]3d24s2，所以其价电子排布图为。

（2）同周期元素从左向右电负性逐渐增大，所以C大于B。N的2p能级中有3个电子，恰好是其半满的稳定结构，所以使N的第一电离能反常增大，使第一电离能N大于O。

（3）根据价层电子对互斥理论，硫酸根离子的中心原子（S）最外层有6个电子，配位的O不提供电子，但是带有2个负电，所以最外层有8个电子，相当于4个电子对。空间构型为正四面体，中心原子S做sp3杂化。其等电子体，应该选择原子数相同，电子数相等的离子，所以可以是ClO4-、PO43-等。

（4）Ti4+位于立方体的顶点，所以有8×1/8=1个，根据化学式得到晶胞中的Ca2+也应该有1个，所以其位于晶胞的体心，那么O2-一定位于晶胞的面心。从图1得到，与Ti4+紧邻的O2-应该是该晶胞的面心。我们可以将晶胞进行平移，假设平移后新的晶胞中，Ca2+位于顶点，则此时Ti4+位于体心，O2-位于棱心，则Ti4+和周围12条棱的棱心上的12个O2-相紧邻。

（5）由图2，晶胞边长为a，则体对角线长为，因为体对角线上的三个原子相切，所以，即。晶胞中有两个铁原子（8×1/8+1×1=2），其体积为，晶胞体积为a3，所以空间利用率为。