Question

4．钛被称为继铁、铝之后的第三金属，纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图所示．

（1）基态钛原子的价电子排布图为，其原子核外共有22种运动状态不相同的电子．
（2）NH₃的中心原子的价层电子对数为4，其分子立体构型为三角锥形．
（3）1mol化合物甲中含有的σ键数目为13N_A，化合物乙中采取sp³杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C，化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子间形成氢键，
（4）配合物五羰基铁[Fe（CO）₅]的配位体是CO；常温下，Fe（CO）₅为黄色液体，易溶于非极性溶剂，熔点为215K，沸点为376K，则Fe（CO）₅的晶体类型为分子晶体．Fe（CO）₅受紫外线照射时，发生反应生成九羰基二铁，写出该反应的化学方程式2Fe（CO）₅=Fe₂（CO）₉+CO．
（5）某种单质铁的晶体原子空间利用率为68%，则其为体心立方堆积（填“堆积方式”），铁原子的配位数为8． 假设铁原子的半径为a pm，则该种铁的密度为$\frac{{21\sqrt{3}}}{{4{a^3}{N_A}×{{10}^{-30}}}}$g/cm³．（列出计算表达式）

Answer 1

分析 （1）Ti原子价电子为3d、4s电子，3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子；原子核外有几个电子其电子就有几种运动状态；
（2）价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数，根据价层电子对互斥理论确定其空间构型，据此分析解答；
（3）单键中含有1个σ键，双键中含有1个σ键和1个π键；同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；氢键的存在导致物质熔沸点升高；
（4）配合物质含有孤电子对的微粒作配体；分子晶体的熔沸点较低；Fe（CO）₅受紫外线照射时，发生反应生成九羰基二铁和CO；
（5）Fe单质晶体中原子的空间利用率为68%，为体心立方密堆积，则晶体中Fe原子的配位数为8；根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：（1）Ti原子价电子为3d、4s电子，3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子，其价电子排布图为；原子核外有几个电子其电子就有几种运动状态，Ti原子核外有22个电子，所以其原子核外电子有22种运动状态；
故答案为：；22；
（2）NH₃的中心原子的价层电子对数为3+$\frac{1}{2}$（5-1×3）=4，含有1个孤电子对，所以分子的空间构型为三角锥形；
故答案为：4；三角锥形；
（3）单键中含有1个σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，所以1mol化合物甲中含有的σ键数目为13N_A；氢键的存在导致物质熔沸点升高，乙中含有氢键、甲不含氢键，所以化合物乙熔沸点高于甲；能形成sp³杂化的原子有C、N、O元素，同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能N＞O＞C，
故答案为：13N_A；N＞O＞C；化合物乙分子间形成氢键；
（4）配合物质含有孤电子对的微粒作配体，所以配合物五羰基铁[Fe（CO）₅]的配位体是CO；Fe（CO）₅为黄色液体，易溶于非极性溶剂，熔沸点较低，所以属于分子晶体；Fe（CO）₅受紫外线照射时，发生反应生成九羰基二铁和CO，其反应的方程式为：2Fe（CO）₅=Fe₂（CO）₉+CO；
故答案为：CO；分子晶体；2Fe（CO）₅=Fe₂（CO）₉+CO；
（5）Fe单质晶体中原子的空间利用率为68%，为体心立方密堆积，则晶体中Fe原子的配位数为8；其晶胞图为，Fe的原子半径为apm=10^-10acm，设晶胞棱长为xcm，则3x²=（4×10^-10a）²，故x=$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a×10^-10cm，晶胞中Fe原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞质量为$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g，
则晶体密度为：$\frac{2×56}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$a×10^-10cm）³=$\frac{{21\sqrt{3}}}{{4{a^3}{N_A}×{{10}^{-30}}}}$g/cm³，

故答案为：体心立方；8；$\frac{{21\sqrt{3}}}{{4{a^3}{N_A}×{{10}^{-30}}}}$．

点评 本题是对物质结构知识的综合考查，涉及核外电子排布、氢键、晶体类型的判断、晶胞计算等，（5）为易错点、难点，需要学生熟练掌握金属晶胞结构，具备一定的数学计算能力，难度中等．