Question

17．（1）某短周期金屬元素R的部分電離能情況如圖Ⅰ表示，則R元素位于周期表第ⅡA族，其基態(tài)原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²．圖Ⅱ中A、B、C、D是四種不同主族元素的氣態(tài)氫化物，其中A比B分子沸點(diǎn)高的可能原因是H₂O分子之間形成的氫鍵數(shù)目比HF分子之間多．


（2）圖Ⅱ中C物質(zhì)能與很多化合物通過配位鍵發(fā)生相互作用．例如：C與笫2周期中的另一種元素的氫化物相互作用得到的化合物X是科學(xué)家潛心研究的一種儲(chǔ)氫材枓，X是乙烷的等電子體；加熱X會(huì)緩慢釋放H₂，轉(zhuǎn)變?yōu)榛�合物Y，Y是乙烯的等電子體．
①化合物C的分子空間構(gòu)型為三角錐型，X的結(jié)構(gòu)式為（必須標(biāo)明配位犍）．
②形成C物質(zhì)的中心原子在X、Y分子中的雜化方式分別是sp³和sp²，Y分子中σ鍵和π鍵數(shù)目之比為5：1．（3）過渡金屬鈦有“生物金屬”之稱，其化合物以+4價(jià)穩(wěn)定．冋答下列問題：
①工業(yè)上通過蒸餾還原TiCI₄制得單質(zhì)鈦．常溫下TiCI₄是一種有剌激性臭味的無色液體，熔點(diǎn)-23.2℃，沸點(diǎn)136.2℃，推斷TiCI₄屬于分子晶體
②Ti³⁺可以形成兩種不同的配合物：[Ti（ H₂O）₆]Cl₃（紫色），[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O（綠色），兩者配位數(shù)相同（填“相同”或“不同”），綠色晶體中配體是Cl^-、H₂O．
③TiO₂難溶于水和稀酸，但能溶于濃硫酸，析出含有鈦酰離子的晶體，鈦酰離子常成為鏈狀聚合形式的陽(yáng)離子，其結(jié)構(gòu)形式如圖Ⅲ，化學(xué)式為[TiO]_n²ⁿ⁺．
④TiO₂與BaCO₃一起熔融科制得偏鈦酸鋇，該物質(zhì)熱穩(wěn)定性好，介電常數(shù)高，是制造大容量電容器的極好材料，該晶體胞的結(jié)構(gòu)示意圖如圖Ⅳ．請(qǐng)寫出制備偏鈦酸鋇的化學(xué)方程式TiO₂+BaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaTiO₃+CO₂↑．

Answer 1

分析 （1）由短周期某主族元素R的電離能可知，由第二電離能到第三電離能變化較大，則R最外層只有2個(gè)電子，R元素可能是Mg，為12號(hào)元素，原子核外有12個(gè)電子，分三層分別為1、8、2，據(jù)此書寫其基態(tài)原子的電子排布式，氫鍵存在于非金屬性較強(qiáng)的非金屬元素的氫化物之間，F(xiàn)、O元素非金屬性強(qiáng)，分子間易形成氫鍵，使其沸點(diǎn)升高，氫鍵越多，溶沸點(diǎn)越高；
（2）①圖Ⅱ中C為氨氣，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定微粒空間構(gòu)型，形成配位鍵的條件是有空軌道和孤電子對(duì)；
②根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ 鍵個(gè)數(shù)+孤對(duì)電子，據(jù)此確定雜化類型；共價(jià)單鍵是σ鍵，共價(jià)雙鍵中一個(gè)是σ鍵一個(gè)是π鍵，共價(jià)三鍵中一個(gè)σ鍵兩個(gè)π鍵；
（3）①根據(jù)題目中提供的物理性質(zhì)TiCl₄在常溫下是無色液體，熔點(diǎn)-23.2℃，沸點(diǎn)136.2℃，來判斷晶體類型；
②根據(jù)配合物的結(jié)構(gòu)分析，內(nèi)界離子數(shù)為配位數(shù)，據(jù)此分析配體；
③每個(gè)O原子被兩個(gè)Ti原子共用、每個(gè)Ti原子被兩個(gè)O原子共用，利用均攤法計(jì)算二者原子個(gè)數(shù)之比，Ti元素為+4價(jià)、O元素為-2價(jià)，據(jù)此書寫其化學(xué)式；
④利用均攤法計(jì)算晶胞中各種原子的數(shù)目之比，據(jù)此確定化學(xué)式，根據(jù)化學(xué)式書寫方程式．

解答 解：（1）由短周期某主族元素R的電離能可知，由第二電離能到第三電離能變化較大，則R最外層只有2個(gè)電子，失去2個(gè)電子后為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，再失去1個(gè)電子需要的能量較大，所以該元素R為ⅡA元素，R元素可能是Mg，其基態(tài)原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²，H₂O分子中的O與周圍H₂O分子中的兩個(gè)H原子生成兩個(gè)氫鍵，而HF分子中的F原子只能形成一個(gè)氫鍵，氫鍵越多，熔沸點(diǎn)越高，所以H₂O熔沸點(diǎn)高，
故答案為：ⅡA；1s²2s²2p⁶3s²；H₂O分子之間形成的氫鍵數(shù)目比HF分子之間多；
（2）①圖Ⅱ中C為氨氣，氨氣分子中，NH₃中N原子成3個(gè)σ鍵，有一對(duì)未成鍵的孤對(duì)電子，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+$\frac{1}{2}$（5-3×1）=4，所以采取sp³雜化，空間構(gòu)型是三角錐型；


NH₃與第二周期另一種元素的氫化物相互作用的產(chǎn)物，X是乙烷的等電子體，應(yīng)含有18的電子，為BH₃•NH₃，Y是乙烯的等電子體，應(yīng)為BH₂=NH₂，X中B含有空軌道，N含有孤電子對(duì)，可形成配位鍵，X的結(jié)構(gòu)式為，
故答案為：；
②由可知，中心原子形成4個(gè)σ 鍵，為sp³雜化，Y是乙烯的等電子體，應(yīng)為BH₂=NH₂，BH₂=NH₂中B和N都形成3個(gè)σ 鍵，為sp²雜化，BH₂=NH₂中含有1個(gè)碳氮雙鍵，含有1個(gè)π鍵，含有2個(gè)B-H鍵、2個(gè)N-H鍵，所以分子中σ鍵和π鍵數(shù)目之比為5：1，
故答案為：sp³和sp²；5：1；
（3）①因TiCl₄在常溫下是無色液體，熔點(diǎn)-23.2℃，沸點(diǎn)136.2℃，熔沸點(diǎn)低，由此可判斷 TiCl₄是由共價(jià)鍵結(jié)合的分子，晶體類型屬于分子晶體，
故答案為：分子；
②：[Ti（ H₂O）₆]Cl₃（紫色），配體為：H₂O，配位數(shù)為6，[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O（綠色），配體為Cl^-、H₂O，配位數(shù)為6，兩者配位數(shù)相同，
故答案為：相同；Cl^-、H₂O；
③每個(gè)O原子被兩個(gè)Ti原子共用、每個(gè)Ti原子被兩個(gè)O原子共用，利用均攤法計(jì)算二者原子個(gè)數(shù)之比為1：1；
Ti元素為+4價(jià)、O元素為-2價(jià)，據(jù)此書寫其化學(xué)式為[TiO]_n²ⁿ⁺，
故答案為：[TiO]_n²ⁿ⁺；
④晶胞中Ba、Ti、O原子的數(shù)目之比=1：（8×$\frac{1}{8}$）：（12×$\frac{1}{2}$）=1：1：3，則化學(xué)式為BaTiO₃，所以制備偏鈦酸鋇的化學(xué)方程式為：TiO₂+BaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaTiO₃+CO₂↑，
故答案為：TiO₂+BaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaTiO₃+CO₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及氫鍵、化學(xué)鍵、晶胞的計(jì)算以及配位鍵等知識(shí)，題目難度較大，本題要注意配位鍵的形成條件以及雜化類型的判斷方法，為易錯(cuò)點(diǎn)．