Question

19．钛和钛的合金已被广泛用于制造电讯器材、人造骨骼、化工设备、飞机等航天航空材料，被誉为“未来世界的金属”．试回答下列问题：

（1）钛有${\;}_{22}^{48}Ti$和${\;}_{22}^{50}Ti$两种原子，它们互称为同位素，元素在元素周期表中的位置是第四周期第IVB族；基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²）；按电子排布Ti元素在元素周期表分区中属于d区元素．
（2）偏钛酸钡在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用．偏钛酸钡晶体中晶胞的结构如图1所示，它的化学式是BaTiO₃．
（3）氮化钛（Ti₃N₄）为金黄色晶体，由于具有令人满意的仿金效果，越来越多地成为黄金代替品．以TiCl₄为原料，经过一系列反应，如图3，可以制得Ti₃N₄和纳米TiO₂．
①Ti₃N₄中Ti元素的化合价为+4，TiCl₄分子中4个氯原子不在同一平面上，则TiCl₄的空间构型为四面体．
②反应①为置换反应，写出该反应的化学方程式2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂；
③纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，纳米TiO₂催化的一个实例如下：

化合物甲的分子中采取sp²杂化的碳原子个数为7，化合物乙中采取sp³杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C．
④有一种氮化钛晶体的晶胞如图2所示，该氮化钛晶胞中含有4个N原子，晶胞中N、Ti之间的最近距离为apm，则该氮化钛的密度为$\frac{62×2}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}．{N}_{A}}$ g/cm³．
（4）现有含Ti³⁺的配合物，化学式为TiCl₃（H₂O）₆，将1mol该物质溶于水，加入足量硝酸银溶液，产生沉淀的氯化银为1mol，已知该配合物的配位数为6，则该配离子的结构简式为[TiCl₂（H₂O）₄]⁺，配离子所含有的化学键类型是极性键，该配合物的配位体是H₂O、Cl^-．

Answer 1

分析 （1）质子数相同、中子数不同的同一元素不同原子互称同位素；Ti位于第四周期第IVB族；其原子核外有22个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；根据原子最后排入电子名称确定元素所属区；
（2）该化合物中，O原子个数=12×$\frac{1}{4}$=3，Ti原子个数=8×$\frac{1}{8}$=1，Ba原子个数为1；
（3）①根据化合物中化合价的代数和为0计算Ti元素的化合价，TiCl₄分子中4个氯原子不在同一平面上，说明TiCl₄分子结构和甲烷相同；
②根据反应物、生成物和反应条件书写方程式；
③采取sp²杂化的碳原子价层电子对数是3，根据价层电子对数判断；采取sp³杂化的原子价层电子对数是4，同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第VA族元素大于相邻元素；
④利用均摊法计算N原子个数，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度；
（4）现有含Ti³⁺的配合物，化学式为TiCl₃（H₂O）₆，将1mol该物质溶于水，加入足量硝酸银溶液，立即沉淀的氯化银为1mol，该配合物的配位数为6，说明该配合物中配体有两个Cl^-、4个水分子，据此书写该配离子的结构简式，配离子所含有的化学键类型是极性键，该配合物的配位体是水和氯离子．

解答 解：（1）₂₂⁴⁸Ti和₂₂⁵⁰Ti为质子数相同中子数不同的钛元素的不同原子，互称同位素；Ti元素核外有22个电子，根据构造原理知其基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²），该元素的能层数为4、价电子数为4，所以钛元素位于第四周期第IVB族，钛元素最后排列电子是d电子，所以钛元素属于d区，
故答案为：同位素；1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²）；四；IVB；d；
（2）该化合物中，O原子个数=12×$\frac{1}{4}$=3，Ti原子个数=8×$\frac{1}{8}$=1，Ba原子个数为1，所以其化学式为：BaTiO₃，故答案为：BaTiO₃；
（3）①该化合物中氮元素化合价为-3价，根据化合价代数和为0知，Ti元素化合价为+4价，TiCl₄分子中4个氯原子不在同一平面上，说明TiCl₄分子结构和甲烷相同，为正四面体结构，故答案为：+4；正四面体；
②根据反应物、生成物和反应条件知，该反应方程式为：2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，故答案为：2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂；
③采取sp²杂化的碳原子价层电子对数是3，该分子中碳原子价层电子对数为3的有：苯环上的碳原子、连接羰基的碳原子，所以一共有7个；采取sp³杂化的原子价层电子对数是4，价层电子对个数是4的原子有：连接甲基和羟基的碳原子、氧原子和氮原子，同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第VA族元素大于相邻元素，所以这三种元素第一电离能从大到小顺序是：N＞O＞C，
故答案为：7；N＞O＞C；
④该晶胞中N原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Ti原子个数=1+12×$\frac{1}{4}$=4，该晶胞的ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{62}{{N}_{A}}×4}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$g．cm^-3=$\frac{62×2}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}．{N}_{A}}$g．cm^-3，
故答案为：4；$\frac{62×2}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}．{N}_{A}}$；
（4）现有含Ti³⁺的配合物，化学式为TiCl₃（H₂O）₆，将1mol该物质溶于水，加入足量硝酸银溶液，立即沉淀的氯化银为1mol，该配合物的配位数为6，说明该配合物中配体有两个Cl^-、4个水分子，该配离子的结构简式[TiCl₂（H₂O）₄]⁺，配离子所含有的化学键类型是极性键，该配合物的配位体是水和氯离子，故答案为：[TiCl₂（H₂O）₄]⁺；极性键；H₂O、Cl^-．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、配合物、原子杂化、原子核外电子排布等知识点，这些都是高频考点，难点是（3）题晶胞计算、（4）题配合物，知道配合物中內界和外界区别．