钛被称为继铁、铝之后的第三金属，制备金属钛的一种流程如下：[钙钛矿]硫酸过滤[硫酸氧钛溶液]水/△过

Question

钛被称为继铁、铝之后的第三金属，制备金属钛的一种流程如下：
[钙钛矿]

硫酸

过滤

[硫酸氧钛溶液]

水/△

过滤

[H₂TiO₃]

焙烧

[TiO₂]

C、Cl2

高温

[TiCl₄]

Mg/Ar

高温

[Ti]
回答下列问题：
（1）基态钛原子的价电子排布图为___，其原子核外共有___种运动状态不相同的电子．金属钛晶胞如下图1所示，为___堆积（填堆积方式）．
（2）根据价层电子互斥理论，价层电子对之间的斥力大小有如下顺序：l-l>>l-b>b-b（l为孤对电子对，b为键合电子对），则关于H₂O中的H-O-H键角可得出的结论是___．
A．180°                        B．接近120°，但小于120°
C．接近120°，但大于120°        D．接近109°28’，但小于109°28’
（3）已知TiCl₄在通常情况下是无色液体，熔点为-37℃，沸点为136℃，可知TiCl₄为___晶体．
（4）纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图2．化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是___．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___．
（5）钙钛矿晶体的结构如图3所示．钛离子位于立方晶胞的角顶，被___个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被___个氧离子包围．钙钛矿晶体的化学式为___．若该晶胞的边长为a pm，则钙钛矿晶体的密度为___g．cm^-3（只要求列算式，不必计算出数值）．

Answer 1

钛铁矿（主要成分为 FeTiO₃，可表示为 FeO•TiO₂）加入硫酸溶解过滤得到滤液硫酸氧钛溶液[TiOSO₄]，加热促进Ti⁴⁺水解生成H₂TiO₃，过滤并煅烧得到TiO₂，TiO₂和C、Cl₂在高温条件下生成TiCl₄和CO，TiCl₄在稀有气体的环境中高温条件下被镁还原生成Ti和MgCl₂，此为制备流程分析，据此答题；
（1）钛原子的价电子排布式为3d²4s²，则价电子排布图为，钛原子的核电荷数为22，其核外共有22个运动状态不同的电子，晶体钛为六方最密堆积形；故答案为：；22；六方最密；
（2）根据价层电子对之间的斥力大小顺序：l-l>>l-b>b-b（l为孤对电子对，b为键合电子对），应有∠H-O-H<109°28′，选项D正确，故答案为：D；
（3）TiCl₄是共价型化合物，熔沸点较低，应为分子晶体，故答案为：分子；
（4）化合物乙因分子间存在氢键，则化合物乙的沸点比化合物甲高，化合物乙中C、N、O三原子均为sp3杂化，三者的第一电离能因N原子的2p轨道半充满相对稳定较大，实际顺序为N>O>C，故答案为：化合物乙分子间形成氢键；
N>O>C；
（5）钛离子位于立方晶胞的角顶，被6个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被12个氧离子包围；每个晶胞中钛离子和钙离子均为1个，晶胞的12个边长上各有一个氧原子，根据均摊原则，每个晶胞实际占有氧原子数目为12
×(1)/(4)=3，则晶胞的化学式为CaTiO₃；该晶胞的边长为a pm，晶胞的体积为（a×10^-10）³cm³，1mol晶胞的质量为136g，1mol晶胞的体积为N_A×（a×10^-10）³cm³，晶体的密度ρ=(m)/(V)=(136g)/((a×10-10)3NA)g．cm^-3；故答案为：6；12；CaTiO₃；(136g)/((a×10-10)3NA)．