Question

【題目】2016年中國(guó)科學(xué)家成功合成NiO/TiO2電解水催化劑和新型高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，為解決能源危機(jī)保護(hù)環(huán)境作出了重大貢獻(xiàn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)TiO2與焦炭、Cl2在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為：TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO。

①基態(tài)鈦原子的價(jià)電子排布式為_________________。

②該反應(yīng)中涉及到的非金屬元素的電負(fù)性大小順序?yàn)?/span>_______________________。

(2)已知NiO/TiO2催化化合物甲生成化合物乙的過(guò)程如圖所示：

化合物甲的沸點(diǎn)小于化合物乙的沸點(diǎn)，主要原因是___________________。在化合物乙中，氧原子的雜化方式是______________。

(3)CH3NH3+、Ti4+、Pb2+、Cl-等離子是組成新型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的主要離子。CH3NH3+離子中H—N—H鍵的鍵角比NH3分子中H—N—H鍵的鍵角 ______ （填“大”或“小”），原因是_____________ 。

(4)Sb(銻)和Ga(鎵)的鹵化物有很多用途。一定條件下將SbCl3與GaCl3以物質(zhì)的量之比為l：l反應(yīng)得到一種固態(tài)離子化合物，有人提出了以下兩種結(jié)構(gòu)。你認(rèn)為下列關(guān)于結(jié)構(gòu)和說(shuō)法中合理的是 ____ 。

a. [SbCl2+][GaCl4-] b. [GaCl2+][SbCl4-] c. 沒(méi)有相關(guān)資料，無(wú)法判斷

(5)金屬鈦晶胞(如圖1所示)中有若干個(gè)正四面體空隙，圖1中a、b、c、d四個(gè)鈦原子形成的正四面體其內(nèi)部空隙中可以填充其他原子。

①請(qǐng)回答，金屬鈦晶胞的結(jié)構(gòu)屬于____________。

a. 簡(jiǎn)單立方 b. 體心立方 c. 面心立方 d. 金剛石型

②若晶胞中所有的正四面體空隙中都填充氫原子，那么形成的氫化鈦的化學(xué)式為______________。

(6)某鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料的晶胞如圖2所示，其晶胞參數(shù)為d pm、密度為ρ g·cm-3。則該晶體的摩爾質(zhì)量________ g·mol-1。（用含d、ρ等符號(hào)的式子表示，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值）

Answer 1

【答案】3d24s2 O＞Cl＞C 二者均為分子晶體，化合物乙能形成分子間氫鍵 sp3 大 成鍵電子(C-N鍵)對(duì)H-N鍵的排斥力小于孤電子對(duì)對(duì)H-N鍵的排斥力 a c TiH2 d3ρNA×10-30

【解析】

(1)①Ti是22號(hào)元素，核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d24s2，其價(jià)層電子排布式是3d24s2，

②在反應(yīng)TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO中涉及的非金屬元素有C、O、Cl，元素的非金屬性O＞Cl＞C，元素的非金屬性越強(qiáng)，其相應(yīng)的電負(fù)性也越大，故三種元素的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)?/span>O＞Cl＞C；

(2)化合物甲、乙都是由分子構(gòu)成的分子晶體，分子之間通過(guò)分子間作用力結(jié)合，而化合物乙中還含有氨基，由于N原子半徑小，元素非金屬性強(qiáng)，分子之間還存在氫鍵，增加了分子之間的吸引力，使得乙的熔沸點(diǎn)比甲高；在化合物乙中O原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，因此O原子雜化類型為sp3雜化；

(3)由于孤對(duì)電子與成鍵電子對(duì)間的排斥作用大于成鍵電子對(duì)之間排斥作用，所以對(duì)于CH3NH3+離子中，成鍵電子(C-N鍵)對(duì)H-N鍵的排斥力小于孤電子對(duì)對(duì)H-N鍵的排斥力，所以H—N—H鍵的鍵角比NH3分子中H—N—H鍵的鍵角大；

(4)SbCl3中Sb原子周圍價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，而GaCl3分子中Ga原子周圍價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，是電子對(duì)的接受體，更容易與Cl-上的孤電子對(duì)結(jié)合，形成配位鍵，構(gòu)成[GaCl4-]離子，因此可能結(jié)構(gòu)應(yīng)是[SbCl2+][GaCl4-]，故合理選項(xiàng)是a；

(5)①根據(jù)晶體Ti的結(jié)構(gòu)可知：Ti原子在晶胞的頂點(diǎn)和面心上，因此Ti屬于面心立方最密堆積，故合理選項(xiàng)是c；

②在Ti晶胞中含有Ti原子數(shù)目為8×+6×=4，若a、b、c、d四個(gè)鈦原子形成的正四面體其內(nèi)部空隙中可以填充其他原子，根據(jù)圖示可知1個(gè)Ti晶胞可以形成8個(gè)正四面體，則可填充8個(gè)H原子，所以該晶體中Ti、H原子個(gè)數(shù)比為4：8=1：2，故化合物的化學(xué)式為TiH2；

(6)晶胞參數(shù)為d pm=d×10-10 cm，密度為ρ g·cm-3，則根據(jù)可知該晶體的晶胞質(zhì)量為m=(d×10-10cm)3×ρ g·cm-3=d3ρ×10-30 g，1 mol物質(zhì)中含有晶胞數(shù)目為NA，所以該晶體的摩爾質(zhì)量M=mNA=d3ρ×10-30 g×NA/mol=d3ρNA×10-30 g/mol。