Question

【題目】[化學——選修3：物質結構與性質]金屬鈦(Ti)被譽為21世紀金屬，具有良好的生物相容性，它兼具鐵的高強度和鋁的低密度，其單質和化合物具有廣泛的應用價值．氮化鈦(Ti3N4)為金黃色晶體，由于具有令人滿意的仿金效果，越來越多地成為黃金的代替品．以TiCl4為原料，經過一系列反應可以制得Ti3N4和納米TiO2(如圖1)．

圖中的M是短周期金屬元素，M的部分電離能如下表：

	I1	I2	I3	I4	I5
電離能/kJmol﹣1	738	1451	7733	10540	13630

請回答下列問題：

(1)Ti的基態(tài)原子外圍電子排布式為_____________．

(2)M是_____(填元素符號)，該金屬晶體的堆積模型為六方最密堆積，配位數(shù)為_____。

(3)納米TiO2是一種應用廣泛的催化劑，納米TiO2催化的一個實例如圖2所示．化合物甲的分子中采取sp2方式雜化的碳原子有__ 個，化合物乙中采取sp3方式雜化的原子對應的元素的電負性由大到小的順序為________________。

(4)有一種氮化鈦晶體的晶胞與NaCl晶胞相似，如圖3所示，該晶胞中N、Ti之間的最近距離為a pm，則該氮化鈦的密度為____________________gcm﹣3(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，只列計算式)。該晶體中與N原子距離相等且最近的N原子有__________。

(5)科學家通過X﹣射線探明KCl、MgO、CaO、TiN的晶體與NaCl的晶體結構相似．且知三種離子晶體的晶格能數(shù)據(jù)如下：

離子晶體	NaCl	KCl	CaO
晶格能/kJmol﹣1	786	715	3401

KCl、CaO、TiN三種離子晶體熔點由高到低的順序為_____________________．

Answer 1

【答案】3d24s2 Mg 12　 7　 O>N>C 12 TiN>CaO>KCl

【解析】

試題（1）Ti為22號元素，根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d24s2，則Ti的基態(tài)原子外圍電子排布式為3d24s2。

（2）M是短周期金屬元素，M的第三電離能劇增，處于ⅡA族，能與TiCl4反應置換出Ti，則M為Mg，Mg晶體屬于六方最密堆積，配位數(shù)為12。

（3）化合物甲的分子中采取sp2雜化的碳原子為：苯環(huán)上的六個、羰基中的一個，共7個；采取sp3雜化的原子價層電子對數(shù)是4，乙中采取sp3雜化的原子有C、N、O，同一周期元素中，元素電負性隨著原子序數(shù)依次增加電負性逐漸增大，所以它們的電負性關系為：O＞N＞C。

（4）根據(jù)均攤法，可知該晶胞中N原子個數(shù)為：6×1/2+8×1/8＝4，該晶胞中Ti原子個數(shù)為：1+12×1/4＝4，所以晶胞的質量m＝g，而晶胞的體積V＝（2a×10-10）3cm3，所以晶體的密度ρ=；以晶胞頂點N原子研究，與之距離相等且最近的N原子處于面心位置，每個頂點為8個晶胞共用，每個面為2個晶胞共用，故與之距離相等且最近的N原子為＝12；

（5）離子晶體的離子半徑越小，帶電荷數(shù)越多，晶格能越大，則晶體的熔沸點越高，則有TiN＞CaO，由表中數(shù)據(jù)可知CaO＞KCl，則TiN＞CaO＞KCl。