Question

【題目】一橋連三地，天塹變通途。舉世矚目的港珠澳大橋于2018年10月23日正式通車，體現(xiàn)了我國工程建設(shè)自主創(chuàng)新能力實(shí)現(xiàn)大跨越，尤其在新材料研究方面有重大突破，回答下列問題：

（1）鈦是一種新興的結(jié)構(gòu)材料，比鋼輕、比鋁硬。

①基態(tài)鈦原子的價(jià)電子排布式為______，與鈦同周期的元素中，基態(tài)原子的未成對電子數(shù)與鈦相同的有_____種

②鈦的硬度比鋁大的原因是_______________________________。

③工業(yè)上制金屬鈦采用金屬還原四氧化鈦。先將TiO2和足量炭粉混合加熱至1000～1100K進(jìn)行氯化處理，生成TiCl4。該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為_______________________。

（2）跨海橋梁的主要結(jié)構(gòu)材料為鋼鐵。鐵能與三氮唑（Bipy，結(jié)構(gòu)見圖）形成多種配合物。

①1mol Bipy中所含鍵_____mol；碳原子雜化方式是___________________。

②Bipy的沸點(diǎn)為260℃、結(jié)構(gòu)相似且相対分子質(zhì)量接近的環(huán)戊二烯（結(jié)構(gòu)見上圖）的沸點(diǎn)為42．5℃．前者較大的原因是______________________________。

（3）碳化鎢是耐高溫耐磨材料。下圖為化晶體的部分結(jié)構(gòu)，碳原子嵌入金屬的晶格間隙，并不破壞原有金屬的晶格，形成填隙＋固溶體、也稱為填隙化合物。

①在該結(jié)構(gòu)中，每個(gè)鎢原子周圍距離鎢原子最近的碳原子有____個(gè)。

②假設(shè)該部分晶體的體積為d/cm3，碳化的摩爾質(zhì)量為Mg／mol，密度為dg／cm3，則阿伏加德羅常數(shù)NA用上述數(shù)據(jù)表示為______。

Answer 1

【答案】3d24s2 3 Ti原子的價(jià)電子數(shù)比Al多，金屬鍵更強(qiáng) TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO 8 sp2 bipy分子間可形成氫鍵，而環(huán)戊二烯不能 6 6M/dV

【解析】

（1）①Ti是22號元素，價(jià)電子排布式為3d24s2；Ti有2個(gè)未成對電子，同周期有2個(gè)未成對電子的是Ni、Ge、Se三種；

②利用價(jià)電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)，硬度越大，Ti原子價(jià)電子為4，Al的價(jià)電子為3，Ti原子價(jià)電子數(shù)比Al多，Ti的金屬鍵強(qiáng)，鈦的硬度大于鋁；

③該反應(yīng)方程式為TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO；

（2）①成鍵原子之間只能形成一個(gè)σ鍵，因此1molBipy中所含σ鍵物質(zhì)的量為8mol；根據(jù)Bipy的結(jié)構(gòu)簡式，碳原子有3個(gè)σ鍵，無孤電子對，碳原子雜化類型為sp2；

②兩種物質(zhì)為分子晶體，前者能夠形成分子間氫鍵，后者不能形成分子間氫鍵，因此Bipy的沸點(diǎn)高；

（3）①每個(gè)鎢原子周圍距離鎢原子最近的碳原子有6個(gè)；

②結(jié)構(gòu)中鎢原子數(shù)目是1＋2×1/2＋12×1/6＋6×1/3=6，碳原子個(gè)數(shù)為6，化學(xué)式為WC，晶胞質(zhì)量為6×Mg·mol－1/NAmol－1，根據(jù)密度的定義，NA=6M/dV。