Question

【題目】SiC纖維單向增強(qiáng)的TixAly基復(fù)合材料可作為高超音速飛行器表面的放熱材料。回答下列問題：

（1）C元素所在周期中，第一電離能最大的元素是_____（填元素符號(hào)）。

（2）基態(tài)Ti原子的價(jià)電子排布式為_____，能量最高的能級(jí)有_____個(gè)空軌道。

（3）甲基硅油結(jié)構(gòu)如圖所示，其中Si原子的雜化方式為_____，以甲基硅油為主要成分的硅橡膠能夠耐高溫的原因是_____。

（4）Li2CO3、Li2TiO3是鋰離子電池中的常用材料，其中CO32-的空間構(gòu)型為_____，其含有的共價(jià)鍵類型有_____。

（5）TixAly合金的一種結(jié)構(gòu)單元如圖所示（Al、Ti原子各有一個(gè)原子在結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部），該合金的化學(xué)式為_____，其結(jié)構(gòu)單元棱長為apm，底面邊長為bpm，該合金的密度為_____g·cm-3。

Answer 1

【答案】Ne 3d24s2 3 sp3雜化 Si—O鍵的鍵能大 平面三角形 σ鍵和π鍵 Ti11Al5或Al5Ti11 ×1030

【解析】

(1)根據(jù)第一電離能的周期性變化規(guī)律分析解答；

(2)根據(jù)電子排布規(guī)律、Ti的原子序數(shù)可以得出基態(tài)Ti原子價(jià)電子排布式、能量最高的能級(jí)空軌道數(shù)目；

(3)按Si原子形成的共價(jià)鍵種類和數(shù)目，確定Si原子的雜化方式；硅橡膠能夠耐高溫反化學(xué)鍵牢固程度來分析；

(4)根據(jù)價(jià)電子對(duì)互斥理論來確定C原子的雜化方式以及C原子與O原子之間的化學(xué)鍵類型；

(5)用均攤法計(jì)算晶胞的化學(xué)式，按合金的密度即晶胞密度、應(yīng)用密度的定義計(jì)算。

(1)隨著原子序數(shù)的遞增，同一周期的主族元素第一電離能呈遞增趨勢，堿金屬的第一電離能最小，而稀有氣體的第一電離能最大，C元素所在的周期為第二周期，則該周期Ne的第一電離能最大；

(2)Ti的原子序數(shù)為22，基態(tài)Ti原子的電子排布式為[Ar]3d24s2，價(jià)電子排布式為3d24s2，能量最高的能級(jí)為3d，3d軌道共有五個(gè)，按洪特規(guī)則，其中有2個(gè)軌道分別被2個(gè)電子占據(jù)，還含有3個(gè)空軌道；

(3)甲基硅油結(jié)構(gòu)中Si原子形成4個(gè)單鍵，故Si原子的雜化方式為sp3雜化，硅橡膠能夠耐高溫，原因是共價(jià)鍵牢固，硅橡膠中含SiO和SiC，SiO更牢固；

(4)CO32中C原子價(jià)電子對(duì)數(shù)＝3＋＝3，且不含孤電子對(duì)，CO32空間構(gòu)型為平面三角形，C原子的雜化方式為sp2雜化，由于CO32空間構(gòu)型為平面三角形，則C原子與O原子之間存在3個(gè)σ鍵和1個(gè)大π鍵；

(5)Ti原子在結(jié)構(gòu)單元中的位置：頂點(diǎn)8個(gè)、面心2個(gè)、棱上1個(gè)、體內(nèi)1個(gè)，則一個(gè)晶胞中，含有Ti的數(shù)目為×8＋×2＋×1＋1＝，Al原子在頂點(diǎn)有4個(gè)，體內(nèi)1個(gè)，則一個(gè)晶胞中含有Al的數(shù)目為×4＋1＝，則化學(xué)式為：Ti11Al5或Al5Ti11，則晶胞的密度為ρ＝＝=×1030g/cm3。