Question

6．（1）基態(tài)鈦原子的價電子排布圖為
（2）已知TiCl₄在通常情況下是無色液體，熔點為-37℃，沸點為136℃，可知TiCl₄為分子晶體．
（3）硫酸氧鈦晶體中陽離子為鏈狀聚合形式的離子，結構如圖1所示．該陽離子Ti與O的原子數(shù)之比為1：1．

（4）Co的一種氧化物的晶胞如圖甲所示，在該晶體中與一個鈷原子等距離且最近的鈷原子有12個；筑波材料科學國家實驗室一個科研小組發(fā)現(xiàn)了在5K下呈現(xiàn)超導性的晶體，該晶體具有CoO₂的層狀結構（如圖2乙所示，小球表示Co原子，大球表示O原子）．下列用粗線畫出的重復結構單元示意圖（如圖2乙）不能描述CoO₂的化學組成是D．
（5）由C、Mg、Ni三種元素組成的一種簡單立方結構的化合物具有超導性，其晶胞中C位于體心位置，Mg位于頂角，Ni占據面心位置，該化合物的化學式為MgNi₃C，晶體中Mg原子周圍距離最近的Ni原子有12個，該新型超導材料晶胞參數(shù)a=0.38nm，計算該晶體的密度6.45（g•cm^-3）（保留三位有效數(shù)字）
（6）金屬鈦晶胞結構如圖3所示，設鈦原子的半徑為r，則該晶胞體積的表達式為8$\sqrt{2}$r³．

Answer 1

分析 （1）Ti是22號元素，其3d、4s電子為其價電子；
（2）分子晶體的熔沸點較低；
（3）根據圖知，每個Ti原子連接2個O原子、每個O原子連接2個Ti原子；
（4）由氧化物晶胞結構可知晶胞中Co、O原子數(shù)目之比為1：1，假設黑色球為Co原子，以頂點Co原子為研究對象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用；CoO₂的重復結構單元示意圖中Co、O原子數(shù)目之比應為1：2，結合均攤法計算判斷；
（5）該晶胞中C原子個數(shù)是1、Mg原子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=1、Ni原子個數(shù)=6×$\frac{1}{2}$=3，據此確定其化學式； 晶體中Mg原子周圍距離最近的Ni原子個數(shù)=3×8÷2；晶胞棱長=0.38nm=0.38×10^-7cm，晶胞體積=（0.38×10^-7cm）³，晶胞密度=$\frac{m}{V}$；
（6）底面上棱長為2r，底面高=2r×sin60°=$\sqrt{3}$r，
底面上的3個原子和晶胞體內的原子構成正四面體，正四面體的棱長=2r，底面三角形頂點到三角形重心的距離=$\frac{2}{3}$×2r×sin60°=$\frac{2\sqrt{3}}{3}$r，頂點到底面的距離=$\sqrt{（2r）^{2}-（\frac{2\sqrt{3}}{3}r）^{2}}$=$\sqrt{\frac{8}{3}}$r，晶胞高=2×$\sqrt{\frac{8}{3}}$r，則晶胞體積=2r×$\sqrt{3}$r×2×$\sqrt{\frac{8}{3}}$r．

解答 解：（1）Ti是22號元素，其3d、4s電子為其價電子，其價電子排布圖為，
故答案為：；
（2）分子晶體熔沸點較低，該物質的熔沸點較低，則為分子晶體，故答案為：分子；
（3）根據圖知，每個Ti原子連接2個O原子、每個O原子連接2個Ti原子，所以Ti、O原子個數(shù)之比為1：1，故答案為：1：1；
（4）由氧化物晶胞結構可知晶胞中Co、O原子數(shù)目之比為1：1，假設黑色球為Co原子，以頂點Co原子為研究對象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用，在該晶體中與一個鈷原子等距離且最近的鈷原子數(shù)目為3×8÷2=12；
CoO₂的重復結構單元示意圖中Co、O原子數(shù)目之比應為1：2，由圖象可知：
A中Co、O原子數(shù)目之比為1：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
B中Co、O原子數(shù)目之比為（1+4×$\frac{1}{4}$）：4=1：2，符合，
C中Co、O原子數(shù)目之比為（4×$\frac{1}{4}$）：（4×$\frac{1}{2}$）=1：2，符合，
D中Co、O原子數(shù)目之比為1：4×$\frac{1}{4}$=1：1，不符合，
故答案為：12；D；
（5）該晶胞中C原子個數(shù)是1、Mg原子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=1、Ni原子個數(shù)=6×$\frac{1}{2}$=3，據此確定其化學式為MgNi₃C； 晶體中Mg原子周圍距離最近的Ni原子個數(shù)=3×8÷2=12；晶胞棱長=0.38nm=0.38×10^-7cm，晶胞體積=（0.38×10^-7cm）³，晶胞密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{213}{{N}_{A}}}{（0.38×1{0}^{-7}）^{3}}$ g•cm^-3=6.45 g•cm^-3，
故答案為：MgNi₃C； 12；6.45；
（6）底面上棱長為2r，底面高=2r×sin60°=$\sqrt{3}$r，
底面上的3個原子和晶胞體內的原子構成正四面體，正四面體的棱長=2r，底面三角形頂點到三角形重心的距離=$\frac{2}{3}$×2r×sin60°=$\frac{2\sqrt{3}}{3}$r，頂點到底面的距離=$\sqrt{（2r）^{2}-（\frac{2\sqrt{3}}{3}r）^{2}}$=$\sqrt{\frac{8}{3}}$r，晶胞高=2×$\sqrt{\frac{8}{3}}$r，則晶胞體積=2r×$\sqrt{3}$r×2×$\sqrt{\frac{8}{3}}$r=8$\sqrt{2}$r³，
故答案為：8$\sqrt{2}$r³．

點評 本題考查較綜合，涉及晶胞計算、解題類型判斷、原子核外電子排布等知識點，側重考查學生分析、判斷、空間想象及計算能力，明確晶胞中原子排列方式是解本題關鍵，難點是（6）題計算，注意該晶胞不是正立方體，底面是菱形而不是正方形結構，其晶體結構如圖，題目難點中等．