Question

光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。Ti的某种晶型的氧化物M可用作光催化材料。

(1)基态Ti原子的价层电子排布图为________。

(2)在第四周期d区元素中，与Ti 原子未成对电子数相同的元素名称是________。

(3)金属钛的原子堆积方式如图1所示，则金属钛晶胞俯视图为_____。

(4)生活环境中的臭气源有氨气、甲硫醇(CH₃-SH) 等，M 可以作为高效除臭剂。与氨气互为等电子体的阳离子为_____，甲硫醇中硫原子采取的杂化方式为_____，与S位于同一周期，且第一电离能小于S 的非金属元素符号为______，已知甲硫醇熔沸点小于甲醇(CH₃OH)，试解释此差异的主要原因___________。

(5)M 的晶胞结构如图2，M 化学式为______。

(6)石墨烯是单个原子厚度的二维碳纳米材料( 如图3)，其比表面积大( 比表面积指单位质量物料所具有的总面积)。石墨烯与M 的结合使用，极大地提高了M 的光催化效果。在石墨烯晶体中，每个最小的六元环占有____个C 原子。已知石墨烯中C-C 键长为a pm，则单层石墨烯的比表面积为_____m²/g(N_A表示阿伏伽德罗常数的数值，忽略碳原子的厚度)。

Answer

镍 D H3O+ sp3 Si 甲醇分子间有氢键 TiO2 2

【解析】(1)Ti原子序数为22，根据能级图及能量构造原理可得核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，其价层电子排布式为3d24s2，电子排布图为，故答案为：；

(2) Ti 原子未成对电子数为2，在第四周期d区元素中，与Ti 原子未成对电子数相同的元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，为镍元素，故答案为：镍；

(3)根据金属钛的原子堆积方式可知，该堆积方式为ABABABAB……镁型堆积，晶胞结构为，金属钛晶胞俯视图为D，故答案为：D；

(4)与氨气互为等电子体的阳离子有H3O+，甲硫醇(CH3-SH)中硫原子与2个原子相连，含有2个孤电子对，采取sp3杂化；同一周期，从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，与S位于同一周期，且第一电离能小于S 的非金属元素符号为Si，甲醇分子间有氢键，甲硫醇不能形成氢键，因此甲硫醇熔沸点小于甲醇(CH3OH)，故答案为：H3O+；sp3；Si；甲醇分子间有氢键；

(5)根据M 的晶胞结构，O原子数目=2+4×=4，Ti原子数目=1+8×=2，则M 化学式为TiO2，故答案为：TiO2；

(6) 根据图示，六元环的每个顶点被3个六元环共用，在石墨烯晶体中，每个最小的六元环占有的碳原子数=6×=2；12g石墨烯(即1mol)实际占有的六边形的个数为NA，所以算得12g石墨烯的总面积为NA××(a×10−12)×(a×10−12)×6×2=NA×10−24m2，则单层石墨烯的比表面积为=NA×10−24m2/g，故答案为：NA×10−24。