Question

【題目】自然界存在的元素中，金屬元素種類更多，非金屬元素豐度更大。

Ⅰ.80%左右的非金屬元素在現(xiàn)代技術(shù)包括能源、功能材料等領(lǐng)域占有極為重要的地位。

(1)氮及其化合物與人類生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，基態(tài)N原子的價電子排布圖是_____________，N2F2分子中N原子的雜化方式是_______，1 mol N2F2含有________個σ鍵。

(2)高溫陶瓷材料Si3N4晶體中鍵角N-Si-N____(填“>”、“<”或“=”)Si-N-Si，原因_________。

Ⅱ.金屬元素在現(xiàn)代工業(yè)中也占據(jù)極其重要的地位。其中鈦也被稱為“未來的鋼鐵”，具有質(zhì)輕、抗腐蝕、硬度大，是宇航、航海、化工設(shè)備等的理想材料，是一種重要的戰(zhàn)略資源，越來越受到各國的重視。

(3)基態(tài)鈦原子核外共有________種運動狀態(tài)不相同的電子。金屬鈦晶胞如下圖所示，為________(填堆積方式)堆積。

(4)納米TiO2是一種應(yīng)用廣泛的催化劑，其催化的一個實例如圖。化合物乙的沸點明顯高于化合物甲，主要原因是__________�；�合物乙中采取sp3雜化的原子的電負(fù)性由大到小的順序為__________________。

(5)鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)如圖所示。假設(shè)把氧離子看作硬球接觸模型，鈣離子和鈦離子填充氧離子的空隙，氧離子形成正八面體，鈦離子位于正八面體中心，鈣離子位于立方晶胞的體心，一個鈣離子被________個氧離子包圍。鈣鈦礦晶體的化學(xué)式為________。若氧離子半徑為a pm，則鈣鈦礦晶體中兩個鈦離子間最短距離為_______pm。

Answer 1

【答案】 sp2 1.806×1024 > Si3N4晶體中Si原子周圍有4個N原子，Si原子為sp3雜化，N-Si-N。鍵角為109°28′，N原子周圍連接3個Si原子，含有1對孤對電子，N原子為sp3雜化，但孤對電子對成鍵電子對的排斥作用更大，使得Si-N-Si鍵角小于109°28′ 22 六方最密 化合物乙形成分子間氫鍵 O>N>C 12 CaTiO3 a

【解析】

Ⅰ．(1)根據(jù)構(gòu)造原理書寫基態(tài)N原子的價電子排布式，然后根據(jù)同一電子層各個軌道電子盡可能成單排列，而且自旋方向相同書寫電子排布圖，N2F2分子中N原子之間形成N=N雙鍵，N原子與F原子之間形成N-F鍵，N原子含有1對孤對電子；

(2)Si3N4晶體中Si原子周圍有4個N原子，Si原子為sp3雜化，N原子周圍連接3個Si原子，含有1對孤對電子，N原子為sp3雜化，但孤對電子對成鍵電子對的排斥作用更大；

II．(3)在任何一種核外電子沒有運動狀態(tài)完全相同的電子；根據(jù)金屬鈦晶胞結(jié)構(gòu)分析其所屬金屬晶體類型堆積方式；

(4)化合物甲與化合物乙均為分子晶體，但化合物乙分子間可形成氫鍵；化合物乙中C、N、O三種原子的雜化軌道形成均為sp3，根據(jù)同一周期元素電負(fù)性變化規(guī)律分析判斷；

(5)鈦晶礦晶胞中鈦離子與周圍六個氧原子包圍形成八面體，立方體晶胞共有12個邊長，每條邊長的中點是一個氧原子，共12個氧原子包圍著中心的鈣離子，根據(jù)均攤法計算圖中立方體中各原子數(shù)目確定化學(xué)式；若氧離子半徑為a pm，則正八面體的棱長為2a pm，則2個正四面體的連接面為正方形，該正方形棱長為2apm，Ti位于正方形的中心，兩個鈦離子間最短距離等于正方形對角線長度。

Ⅰ．(1)N是7號元素，根據(jù)構(gòu)造原理可知基態(tài)N原子的核外電子排布式是1s22s22p3，其基態(tài)價電子排布式是2s22p3，在2p亞層上有3個軌道，由于電子盡可能成單排列，而且自旋方向相同，所以N基態(tài)價電子排布圖為：；N2F2分子結(jié)構(gòu)式為F-N=N-F，分子中N原子含有1對孤對電子，N原子的雜化方式是sp2雜化，lmol N2F2含有3molσ鍵，即1.806×1024個σ鍵；

(2)Si3N4晶體中Si原子周圍有4個N原子，Si原子為sp3雜化，N-Si-N鍵角為109°28′；N原子周圍連接3個Si原子，含有1對孤對電子，N原子為sp3雜化，但孤對電子對成鍵電子對的排斥作用更大，使得Si-N-Si鍵角小于109°28′；

II．(3)Ti原子核外有22個電子，則Ti原子核外共有22種運動狀態(tài)不同的電子；由金屬鈦晶胞結(jié)構(gòu)可知，金屬鈦屬于六方最密堆積；

(4)化合物甲只存在分子間作用力，而化合物乙除存在分子間作用力外，還存在氫鍵，增加了分子之間的吸引力，因此化合物乙的沸點比化合物甲高，在化合物乙中C、N、O三種原子的雜化軌道均為sp3雜化，這三種元素位于同一周期，由于同一周期元素從左到右元素的電負(fù)性逐漸增大，所以三種元素的電負(fù)性：O>N>C；

(5)鈦離子位于立方晶胞的角頂，被6個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個氧離子包圍，一個鈣離子周圍離Ca2+距離最近且相等的O2-有12個，分別位于晶胞的12個棱中心，故一個鈣離子被12個氧離子包圍；在該晶胞中含有Ca2+數(shù)目為1個，含有Ti原子數(shù)為8×=1，含有的O2-數(shù)目為12×=3，所以該晶體化學(xué)式為CaTiO3；

若O2-半徑為a pm，則正八面體的棱長為2a pm，則2個正四面體的連接面為正方形，該正方形棱長為2apm，Ti位于正方形的中心，兩個鈦離子間最短距離正方形對角線長度，故兩個鈦離子間最短距離為apm。