Question

【題目】王帥博士同美國加州大學(xué)伯克利分校化工系Enrique Iglesia教授在金屬氧化物催化劑表面羥醛縮合反應(yīng)機理方面的合作研究取得新進展。如圖是羰基化合物的自縮合和交叉縮合途徑：

回答下列問題：

(1)基態(tài)O原子核外有____________種不同運動狀態(tài)的電子，與O元素同周期第一電離能大于O的主族元素有___________(填元素符號)。

(2) HCHO和H2O都參與上述轉(zhuǎn)化。HCHO分子的空間構(gòu)型是________，三聚甲醛的結(jié)構(gòu)如圖所示，三聚甲醛中C原子的雜化方式為_____________。

(3)H2O能形成多種配位化合物。科研人員通過X射線推測膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵。結(jié)構(gòu)如圖所示。膽礬的化學(xué)式用配位化合物的形式可表示為____，1mol膽礬所含σ鍵的數(shù)目為_________NA。

(4)TiO2是上述轉(zhuǎn)化的催化劑，CaTiO3是制取TiO2的一種原料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。在CaTiO3晶體中，與某個鈦離子距離最近且相等的其他鈦離子共有________個，設(shè)該化合物的式量為M，密度為a g/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中鈣離子與鈦離子之間的最短距離為________cm。

Answer 1

【答案】8 N、F 平面三角形 sp3 ［Cu(H2O)4］SO4·H2O 18 6 ·

【解析】

（1）基態(tài)O的核外電子排布為1s22s22p4，每個電子都有自己的運動狀態(tài)，同周期主族元素，隨著原子序數(shù)增大，第一電離能呈增大的趨勢，但第ⅡA族和第ⅤA族反常；
（2）用甲醛中的成鍵來分析碳原子的雜化類型，利用雜化類型來分析空間結(jié)構(gòu)；
（3）膽礬是五水合硫酸銅，根據(jù)圖二所示表示出膽礬，配體H2O內(nèi)含有σ鍵，Cu2+與H2O之間存在的配位鍵也為σ鍵，SO42-內(nèi)S和O之間存在一個σ鍵；
（4）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，每個鈦周圍距離最近的鈦在立方體的頂點，長度為立方體的棱邊的邊長，這樣的鈦有6個，設(shè)該化合物的式量為M，密度為a g/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體的體積為cm3，邊長為，以此可計算鈣離子與鈦離子之間的最短距離。

(1)基態(tài)O的核外電子排布為1s22s22p4，每個電子都有自己的運動狀態(tài)，所以基態(tài)O原子核外有8種不同運動狀態(tài)的電子，

同周期主族元素，隨著原子序數(shù)增大，第一電離能呈增大的趨勢，但第ⅡA族和第ⅤA族反常，則與O元素同周期第一電離能大于O的主族元素有N和F，

故答案為：8；N、F；

(2)甲醛分子中含有碳氧雙鍵，共有3個σ鍵，則碳原子軌道的雜化類型為sp2雜化，因甲醛中碳原子采取sp2雜化，則分子的空間構(gòu)型為平面三角形，

根據(jù)三聚甲醛的結(jié)構(gòu)分析，C的價電子對數(shù)為VP=BP+LP=4+ =4，則C原子的雜化方式為sp3，

故答案為：平面三角形;sp3；

(3)膽礬是五水合硫酸銅，根據(jù)圖二所示，Cu2+周圍有4個配體H2O，則膽礬的化學(xué)式用配位化合物的形式可表示為：［Cu(H2O)4］SO4·H2O，

Cu2+與H2O之間存在的配位鍵也為σ鍵，SO42-內(nèi)S和O之間存在一根σ鍵，則1mol膽礬所含σ鍵的數(shù)目為3×4+2+4=18mol，

故答案為：［Cu(H2O)4］SO4·H2O；18；

(4)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，每個鈦周圍距離最近的鈦在立方體的頂點，長度為立方體的棱邊的邊長，這樣的鈦有6個，

設(shè)該化合物的式量為M，密度為ag/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體的體積為cm3，邊長為，則鈣離子與鈦離子之間的最短距離為 ·，

故答案為：6; ·；。