Question

【题目】地球表面十公里厚的地层中，含钛元素达千分之六，比铜多61倍，金属钛(Ti)被誉为21世纪金属，其单质和化合物具有广泛的应用价值。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(如下图)。

图中的M是短周期金属元素，M的部分电离能如下表:

	I1	I2	I3	I4	I5
电离能/(kJ·mol-1)	738	1451	7733	10 540	13 630

请回答下列问题：

⑴TiO2为离子晶体，己知晶体中阳离子的配位数为6，阴离子的配位数为3，则阳离子的电子排布式为___________

⑵金属Ti与金属M的晶体原子堆积模式相同，其堆积模型为_________（填写堆积模型名称)，晶体中原子在二维平面里的配位数为_____________

⑶室温下TiCl4为无色液体，沸点为136.4℃，由此可知其晶体类型为__________，构成该晶体的粒子的空间构型为_____________

(4)有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如下图所示，已知该氮化钛的密度为pg·cm-3，则该晶胞中N、Ti之间的最近距离为_____ pm，（NA为阿伏加德常数的数值，只列算式）。该晶体中与Ti原子距离相等且最近的Ti原子有___________个。

(5)科学家通过X射线探明KC1、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如下：

离子晶体	NaCl	KC1	CaO
晶格能/(kJ·mol-1)	786	715	3401

KC1、CaO、TiN三种离子晶体硬度由低到该的顺序为_____________

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p6 六方最密堆积 6 分子晶体 正四面体 12 KCl<CaO<TiN

【解析】本题考查选修三《物质结构与性质》，从基础知识入手，（1）Ti是阳离子，Ti是22号元素，因此Ti4＋的电子排布式为：1s22s22p63s23p6；（2）根据金属M的电离能，在第二电离能到第三电离能发生突变，说明最外层有2个电子，M是短周期金属元素，根据部分电离能，推出是Mg，金属Ti与Mg的晶体原子堆积模式相同，因此堆积模式为六方最密堆积，二维平面里的配位数为6；（3）TiCl4为无色液体，且沸点较低，符合分子晶体的特点，因此TiCl4属于分子晶体，空间构型为正四面体；（4）根据晶胞的结构，最近N和Ti的位置是棱长的一半，设棱长为apm，晶胞中Ti位于棱上和体心，个数为12×1/4＋1=4，N位于面心和顶点，个数为8×1/8＋6×1/2=4，化学式为TiN，晶胞的质量为4×62/NAg，晶胞的体积为(a×10－10)3cm3，根据密度的定义求的Ti和N的最近距离是，根据晶胞的结构，距离Ti最近的Ti上面有四个，同一平面的有4个，下面有4个，共有12个；（5）晶格能越大，硬度越大，晶格能与阴阳离子所带电荷数以及阴阳离子的半径有关，所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，硬度越大，即KCl<CaO<TiN。