Question

【题目】钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料。工业上以TiCl4、BaCO3、H2C2O4等物质为原料制备草酸氧钛钡晶体[BaTiO(C2O4)2·4H2O]，再高温煅烧制得钛酸钡粉体。请回答下列问题：

(1)基态Ti原子的价电子排布图为__，同周期元素中，基态原子未成对电子数与Ti相同的元素有___(填元素符号)。

(2)第IIA族(碱土金属)元素的原子序数、原子半径、第一电离势(从元素的气态基态原子中将一个电子移至无穷远处时所需做的功)如下表所示。

元素	原子序数	原子半径/pm	每一电离势/eV
Be	4	89	9.32
Mg	12	136	7.644
Ca	20	174	6.111
Sr	38	191	5.692
Ba	56	198	5.21

①由上表数据可知，相邻元素原子半径差值r(Be-Mg)、r(Mg-Ca)明显大于r(Ca-Sr)、r(Sr-Ba)，试解释其原因__。

②由上表数据可知，随原子序数的递增，第IIA族元素的第一电离势依次减小，试解释其原因__。

(3)已知草酸分子的结构简式为。

①草酸分子中，碳原子的杂化方式为__。

②由此结构简式可预测草酸__(填“难溶”“微溶”或“易溶”)于水和乙醇。

③已知草酸和液溴的相关数据如下，草酸熔点高于液溴的原因是__。

名称	化学式	相对子质量	熔点
草酸	H2C2O4	90	101℃
液溴	Br2	160	-7.2℃

(4)设NA是阿伏加德罗常数的值，已知钛酸钡的立方晶胞结构如图所示，晶胞中Ti原子的配位数为__，其晶胞参数约为apm，钛酸钡晶体的密度ρ=__g.cm-3。(列式即可)

Answer 1

【答案】 Ni、Ge、Se Be与Mg、Mg与Ca核电荷数相差8，原子核对核外电子的引力增加较小，而增加一个电子层时原子半径增大幅度较大；Ca与Sr、Sr与Ba核电荷数相差18，原子核对核外电子的引力增加较大，而增加一个电子层时原子半径增大幅度较小 随着原子序数的递增，原子半径依次增大，原子核对最外层电子的引力减弱，第一电离势依次减小 sp2 易溶 草酸能形成分子间氢键，熔点较高；液溴分子间只存在范德华力，熔点较低 6

【解析】

(1)基态Ti原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，由此可画出价电子排布图，同周期元素中，基态原子未成对电子数与Ti相同的元素，其价电子排布可能为3d84s2、4s24p2、4s24p4。

(2)①由上表数据可知，相邻元素原子半径差值r(Be-Mg)、r(Mg-Ca)明显大于r(Ca-Sr)、r(Sr-Ba)，可从核电荷数的变化、原子半径的变化进行解析。

②由上表数据可知，随原子序数的递增，第IIA族元素的第一电离势依次减小，从原子半径变化及原子核对外层电子的吸引力解释原因。

(3)①草酸分子中，碳原子的价层电子对数为3，由此可得出杂化方式。

②草酸分子中含有水溶性基团羧基，由此可预测草酸在水和乙醇中的溶解性。

③草酸和液溴都形成分子晶体，草酸分子间能形成氢键，熔点高于液溴。

(4)从晶胞中Ti原子周围O原子的分布，可确定其配位数；由晶胞参数可求出体积，再利用晶胞中所含原子数计算质量，最后求出钛酸钡晶体的密度。

(1)基态Ti原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，由此可画出价电子排布图为，同周期元素中，基态原子未成对电子数与Ti相同的元素，其价电子排布可能为3d84s2、4s24p2、4s24p4，则对应元素为Ni、Ge、Se。答案为：；Ni、Ge、Se；

(2)①由上表数据可知，相邻元素原子半径差值r(Be-Mg)、r(Mg-Ca)明显大于r(Ca-Sr)、r(Sr-Ba)，可从核电荷数的变化、原子半径的变化进行解析，其原因为Be与Mg、Mg与Ca核电荷数相差8，原子核对核外电子的引力增加较小，而增加一个电子层时原子半径增大幅度较大；Ca与Sr、Sr与Ba核电荷数相差18，原子核对核外电子的引力增加较大，而增加一个电子层时原子半径增大幅度较小。答案为：Be与Mg、Mg与Ca核电荷数相差8，原子核对核外电子的引力增加较小，而增加一个电子层时原子半径增大幅度较大；Ca与Sr、Sr与Ba核电荷数相差18，原子核对核外电子的引力增加较大，而增加一个电子层时原子半径增大幅度较小；

②由上表数据可知，随原子序数的递增，第IIA族元素的第一电离势依次减小，从原子半径变化及原子核对外层电子的吸引力解释，其原因为随着原子序数的递增，原子半径依次增大，原子核对最外层电子的引力减弱，第一电离势依次减小。答案为：随着原子序数的递增，原子半径依次增大，原子核对最外层电子的引力减弱，第一电离势依次减小；

(3)①草酸分子中，碳原子的价层电子对数为3，则碳原子的杂化方式为sp2。答案为：sp2；

②草酸分子中含有水溶性基团羧基，由此可预测草酸易溶于水和乙醇。答案为：易溶；

③草酸和液溴都形成分子晶体，草酸分子间能形成氢键，由此确定草酸熔点高于液溴的原因是草酸能形成分子间氢键，熔点较高；液溴分子间只存在范德华力，熔点较低。答案为：草酸能形成分子间氢键，熔点较高；液溴分子间只存在范德华力，熔点较低；

(4)晶胞中，Ti原子周围距离最近的O原子位于棱的中点，由此可确定其配位数为=6；在晶胞内，含有1个Ba离子，含Ti原子数为8×=1，O原子数为12×=3，则钛酸钡晶体的密度ρ==g.cm-3。答案为：6；。