Question

【题目】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的代替品。以TiCl4为原料，经过一系列反应可以制得Ti3N4和纳米TiO2(如图1)。

图中的M是短周期金属元素，M的部分电离能如表：

	I1	I2	I3	I4	I5
电离能/(kJ/mol)	738	1451	7733	10540	13630

请回答下列问题：

(1)Ti的基态原子外围电子排布式为________________。

(2)M是________(填元素符号)，该金属晶体的堆积模型为六方最密堆积，配位数为____。

(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，纳米TiO2催化的一个实例如图2所示。化合物甲的分子中采取sp2方式杂化的碳原子有________个，化合物乙中采取sp3方式杂化的原子3对应的元素的电负性由大到小的顺序为________________。

(4)有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图3所示，该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，则该氮化钛的密度为________________g/cm3 (NA为阿伏加德罗常数的值，只列计算式)。该晶体中与氮原子距离相等且最近的氮原子有________个。

(5)科学家通过X-射线探明KCl、MgO、CaO、TiN的晶体与NaCl的晶体结构相似。且知三种离子晶体的晶格能数据：

离子晶体	NaCl	KCl	CaO
晶格能/(kJ/mol)	786	715	3401

KCl、CaO、TiN三种离子晶体熔点由高到低的顺序为__________________。

Answer 1

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

【解析】

(1)Ti原子核外电子数为22，根据能量最低原理书写；

(2)M是短周期金属元素，M的第三电离能剧增，处于ⅡA族，能与TiCl4反应置换出Ti，则M为Mg，Mg晶体属于六方最密堆积，配位数为12；

(3)采取sp2杂化的碳原子价层电子对数是3，采取sp3杂化的原子价层电子对数是4，乙中采取sp3杂化的原子有C、N、O，同一周期元素中，元素的电负性随着原子序数的增大；

(4)根据均摊法计算晶胞中Ti、N原子数目，进而计算晶胞质量，根据ρ=计算晶胞密度；以晶胞顶点N原子研究，与之距离相等且最近的N原子处于面心位置；

(5)由表中数据可知，离子半径越小晶格能越大，离子带电荷越大，晶格能越大，晶格能大，对应的离子晶体的熔点就越高。

(1)Ti为22号元素，原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，因此外围电子排布式为3d24s2；

(2)M是短周期金属元素，M的第三电离能剧增，处于ⅡA族，能与TiCl4反应置换出Ti，则M为Mg，Mg晶体属于六方最密堆积，配位数为12；

(3)化合物甲的分子中采取sp2杂化的碳原子为苯环上的六个、羰基中的一个，共7个该C原子；

采取sp3杂化的原子价层电子对数是4，乙中采取sp3杂化的原子有C、N、O，同一周期元素中，元素电负性随着原子序数依次增加电负性逐渐增大，所以它们的电负性关系为：O>N>C；

(4)根据均摊法，可知该晶胞中N原子个数为：6×+8×=4，该晶胞中Ti原子个数为：1+12×=4，所以晶胞的质量m=4× g，而晶胞的体积V=(2a×10-10)3cm3，所以晶体的密度ρ=g/cm3；以晶胞顶点N原子研究，与之距离相等且最近的N原子处于面心位置，每个顶点为8个晶胞共用。每个面为2个晶胞共用，故与之距离相等且最近的N原子为=12；

(5)离子晶体中，离子半径越小，带电荷数越多，晶格能越大，则晶体的熔沸点越高，则有TiN>CaO，由表中数据可知CaO>KCl，则三种晶体的晶格能由大到小的顺序为：TiN>CaO>KCl，所以KCl、CaO、TiN三种离子晶体熔点由高到低的顺序为TiN>CaO>KCl。