Question

【題目】鈦酸鋇粉體是電子陶瓷元器件的重要基礎(chǔ)原料。工業(yè)上以TiCl4、BaCO3、H2C2O4等物質(zhì)為原料制備草酸氧鈦鋇晶體[BaTiO(C2O4)2·4H2O]，再高溫煅燒制得鈦酸鋇粉體。請(qǐng)回答下列問題：

(1)基態(tài)Ti原子的價(jià)電子排布圖為__，同周期元素中，基態(tài)原子未成對(duì)電子數(shù)與Ti相同的元素有___(填元素符號(hào))。

(2)第IIA族(堿土金屬)元素的原子序數(shù)、原子半徑、第一電離勢(shì)(從元素的氣態(tài)基態(tài)原子中將一個(gè)電子移至無窮遠(yuǎn)處時(shí)所需做的功)如下表所示。

元素	原子序數(shù)	原子半徑/pm	每一電離勢(shì)/eV
Be	4	89	9.32
Mg	12	136	7.644
Ca	20	174	6.111
Sr	38	191	5.692
Ba	56	198	5.21

①由上表數(shù)據(jù)可知，相鄰元素原子半徑差值r(Be-Mg)、r(Mg-Ca)明顯大于r(Ca-Sr)、r(Sr-Ba)，試解釋其原因__。

②由上表數(shù)據(jù)可知，隨原子序數(shù)的遞增，第IIA族元素的第一電離勢(shì)依次減小，試解釋其原因__。

(3)已知草酸分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。

①草酸分子中，碳原子的雜化方式為__。

②由此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可預(yù)測(cè)草酸__(填“難溶”“微溶”或“易溶”)于水和乙醇。

③已知草酸和液溴的相關(guān)數(shù)據(jù)如下，草酸熔點(diǎn)高于液溴的原因是__。

名稱	化學(xué)式	相對(duì)子質(zhì)量	熔點(diǎn)
草酸	H2C2O4	90	101℃
液溴	Br2	160	-7.2℃

(4)設(shè)NA是阿伏加德羅常數(shù)的值，已知鈦酸鋇的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞中Ti原子的配位數(shù)為__，其晶胞參數(shù)約為apm，鈦酸鋇晶體的密度ρ=__g.cm-3。(列式即可)

Answer 1

【答案】 Ni、Ge、Se Be與Mg、Mg與Ca核電荷數(shù)相差8，原子核對(duì)核外電子的引力增加較小，而增加一個(gè)電子層時(shí)原子半徑增大幅度較大；Ca與Sr、Sr與Ba核電荷數(shù)相差18，原子核對(duì)核外電子的引力增加較大，而增加一個(gè)電子層時(shí)原子半徑增大幅度較小 隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑依次增大，原子核對(duì)最外層電子的引力減弱，第一電離勢(shì)依次減小 sp2 易溶 草酸能形成分子間氫鍵，熔點(diǎn)較高；液溴分子間只存在范德華力，熔點(diǎn)較低 6

【解析】

(1)基態(tài)Ti原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，由此可畫出價(jià)電子排布圖，同周期元素中，基態(tài)原子未成對(duì)電子數(shù)與Ti相同的元素，其價(jià)電子排布可能為3d84s2、4s24p2、4s24p4。

(2)①由上表數(shù)據(jù)可知，相鄰元素原子半徑差值r(Be-Mg)、r(Mg-Ca)明顯大于r(Ca-Sr)、r(Sr-Ba)，可從核電荷數(shù)的變化、原子半徑的變化進(jìn)行解析。

②由上表數(shù)據(jù)可知，隨原子序數(shù)的遞增，第IIA族元素的第一電離勢(shì)依次減小，從原子半徑變化及原子核對(duì)外層電子的吸引力解釋原因。

(3)①草酸分子中，碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，由此可得出雜化方式。

②草酸分子中含有水溶性基團(tuán)羧基，由此可預(yù)測(cè)草酸在水和乙醇中的溶解性。

③草酸和液溴都形成分子晶體，草酸分子間能形成氫鍵，熔點(diǎn)高于液溴。

(4)從晶胞中Ti原子周圍O原子的分布，可確定其配位數(shù)；由晶胞參數(shù)可求出體積，再利用晶胞中所含原子數(shù)計(jì)算質(zhì)量，最后求出鈦酸鋇晶體的密度。

(1)基態(tài)Ti原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，由此可畫出價(jià)電子排布圖為，同周期元素中，基態(tài)原子未成對(duì)電子數(shù)與Ti相同的元素，其價(jià)電子排布可能為3d84s2、4s24p2、4s24p4，則對(duì)應(yīng)元素為Ni、Ge、Se。答案為：；Ni、Ge、Se；

(2)①由上表數(shù)據(jù)可知，相鄰元素原子半徑差值r(Be-Mg)、r(Mg-Ca)明顯大于r(Ca-Sr)、r(Sr-Ba)，可從核電荷數(shù)的變化、原子半徑的變化進(jìn)行解析，其原因?yàn)?/span>Be與Mg、Mg與Ca核電荷數(shù)相差8，原子核對(duì)核外電子的引力增加較小，而增加一個(gè)電子層時(shí)原子半徑增大幅度較大；Ca與Sr、Sr與Ba核電荷數(shù)相差18，原子核對(duì)核外電子的引力增加較大，而增加一個(gè)電子層時(shí)原子半徑增大幅度較小。答案為：Be與Mg、Mg與Ca核電荷數(shù)相差8，原子核對(duì)核外電子的引力增加較小，而增加一個(gè)電子層時(shí)原子半徑增大幅度較大；Ca與Sr、Sr與Ba核電荷數(shù)相差18，原子核對(duì)核外電子的引力增加較大，而增加一個(gè)電子層時(shí)原子半徑增大幅度較�。�

②由上表數(shù)據(jù)可知，隨原子序數(shù)的遞增，第IIA族元素的第一電離勢(shì)依次減小，從原子半徑變化及原子核對(duì)外層電子的吸引力解釋，其原因?yàn)殡S著原子序數(shù)的遞增，原子半徑依次增大，原子核對(duì)最外層電子的引力減弱，第一電離勢(shì)依次減小。答案為：隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑依次增大，原子核對(duì)最外層電子的引力減弱，第一電離勢(shì)依次減小；

(3)①草酸分子中，碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，則碳原子的雜化方式為sp2。答案為：sp2；

②草酸分子中含有水溶性基團(tuán)羧基，由此可預(yù)測(cè)草酸易溶于水和乙醇。答案為：易溶；

③草酸和液溴都形成分子晶體，草酸分子間能形成氫鍵，由此確定草酸熔點(diǎn)高于液溴的原因是草酸能形成分子間氫鍵，熔點(diǎn)較高；液溴分子間只存在范德華力，熔點(diǎn)較低。答案為：草酸能形成分子間氫鍵，熔點(diǎn)較高；液溴分子間只存在范德華力，熔點(diǎn)較低；

(4)晶胞中，Ti原子周圍距離最近的O原子位于棱的中點(diǎn)，由此可確定其配位數(shù)為=6；在晶胞內(nèi)，含有1個(gè)Ba離子，含Ti原子數(shù)為8×=1，O原子數(shù)為12×=3，則鈦酸鋇晶體的密度ρ==g.cm-3。答案為：6；。