Question

【題目】I 金屬鈦(Ti)是一種具有許多優(yōu)良性能的金屬，鈦和鈦合金被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要金屬材料。

(1) Ti(BH4)2是一種過渡元素硼氫化物儲(chǔ)氫材料。

① Ti2＋基態(tài)電子排布式可表示為_______。

② 與BH4-互為等電子體的陽離子的化學(xué)式為_______。

(2) 二氧化鈦(TiO2)是常用的、具有較高催化活性和穩(wěn)定性的光催化劑，常用于污水處理。納米TiO2催化的一個(gè)實(shí)例如下圖所示。

甲 乙

化合物乙的分子中采取sp3雜化方式的原子個(gè)數(shù)為_______。

(3) 水溶液中并沒有[Ti(H2O)6)]4＋離子，而是[Ti(OH)2(H2O)4]2＋離子，1 mol [Ti(OH)2(H2O)4]2＋中σ鍵的數(shù)目為_____。

(4) 氮化鈦(TiN)具有典型的NaCl型結(jié)構(gòu)，某碳氮化鈦化合物，結(jié)構(gòu)是用碳原子取代氮化鈦晶胞(結(jié)構(gòu)如右圖)頂點(diǎn)的氮原子，則此碳氮化鈦化合物的化學(xué)式是_____。

II Cu2O廣泛應(yīng)用于太陽能電池領(lǐng)域。以CuSO4、NaOH和抗壞血酸為原料，可制備Cu2O。

（1）Cu基態(tài)核外電子排布式為_____。

（2）SO42-的空間構(gòu)型為_____（用文字描述）；Cu2+與OH反應(yīng)能生成[Cu(OH)4]2，[Cu(OH)4]2中的配位原子為_____（填元素符號(hào)）。

（3）抗壞血酸的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，分子中碳原子的軌道雜化類型為_____；推測抗壞血酸在水中的溶解性：_____（填“難溶于水”或“易溶于水”）。

圖1 圖2

（4）一個(gè)Cu2O晶胞（見圖2）中，Cu原子的數(shù)目為_____。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d2或[Ar]3d2 NH4+ 5 16NA Ti4CN3 [Ar]3d104s1 正四面體 O sp3、sp2 易溶于水 4

【解析】

I（1）①鈦是22號(hào)元素，Ti2+核外有20個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理知其基態(tài)核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d2或[Ar]3d2；

② 原子總數(shù)相等，價(jià)電子總和相等的微�；シQ為等電子體，因此，與BH4-互為等電子體的陽離子的化學(xué)式為NH4+；

(2)化合物乙中苯環(huán)上6個(gè)碳原子均采取sp2雜化方式，一個(gè)O原子形成2個(gè)σ鍵還有2對(duì)孤對(duì)電子為sp3雜化、一個(gè)N原子形成3個(gè)σ鍵還有1對(duì)孤對(duì)電子為sp3雜化，除苯環(huán)外的3個(gè)碳原子均形成4個(gè)σ鍵為sp3雜化，故化合物乙的分子中采取sp3雜化方式的原子個(gè)數(shù)為5；

(3)單鍵全是σ鍵，1 mol [Ti(OH)2(H2O)4]2＋中含有6mol配位鍵，1molOH-中含1molσ鍵，1molH2O中含2molσ鍵，因此σ鍵物質(zhì)的量為6mol+2×1mol+4×2mol=16mol，數(shù)目為16NA；

(3)晶胞中Ti個(gè)數(shù)為，N原子個(gè)數(shù)為，用碳原子取代氮化鈦晶胞頂點(diǎn)的氮原子后C原子位于頂點(diǎn)，個(gè)數(shù)為1，則N原子數(shù)為3，所以晶胞化學(xué)式為Ti4CN3；

II （1）Cu位于第四周期IB族，其價(jià)電子排布式為3d104s1，因此基態(tài)Cu核外電子排布式為[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1；

（2）SO42－中S形成4個(gè)σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為(6＋2－4×2)/2=0，因此SO42－空間構(gòu)型為正四面體形；[Cu(OH)4]2－中Cu2＋提供空軌道，OH－提供孤電子對(duì)，OH－只有O有孤電子對(duì)，因此[Cu(OH)4]2－中的配位原子為O；

（3）根據(jù)抗壞血酸的分子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中有兩種碳原子，全形成單鍵的碳原子和雙鍵的碳原子，全形成單鍵的碳原子為sp3雜化，雙鍵的碳原子為sp2雜化；根據(jù)抗環(huán)血酸分子結(jié)構(gòu)，分子中含有4個(gè)－OH，能與水形成分子間氫鍵，因此抗壞血酸易溶于水；

（4）白球位于頂點(diǎn)和內(nèi)部，屬于該晶胞的個(gè)數(shù)為8×1/8+1=2，黑球全部位于晶胞內(nèi)部，屬于該晶胞的個(gè)數(shù)為4，化學(xué)式為Cu2O，因此白球?yàn)?/span>O原子，黑球?yàn)?/span>Cu原子，即Cu原子的數(shù)目為4。