Question

【题目】金属钛(Ti)被誉为21世纪金属，具有良好的生物相容性，它兼具铁的高强度和铝的低密度。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 (如图1)。

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	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。化合物甲的分子中一个苯环的σ键有____个，化合物乙中碳，氧，氮三个原子对应的第一电离能由大到小的顺序为____________。

（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×10-10 cm，则该氮化钛的密度为______ g·cm－3(NA为阿伏加德罗常数的值，只列计算式)。

（5）图3中Ti3+可形成配位数为6的空间构型，问它构成的立体构型为______面体。

Answer 1

【答案】3d24s2 Mg 12 12 N > O >C 八

【解析】

（1）Ti 是22号元素，其原子核外有22个电子，3d、4s电子为其外围电子，根据构造元素书写其外围电子排布式；
(2)M是短周期金属元素，根据其电离能知，该金属位于第IIA族，能还原四氯化钛，说明其金属性较强，为Mg；该金属晶体的堆积模型为六方最密堆积，配位数=38；
(3) 化合物甲的分子中一个苯环含有7个碳碳键的σ键和5个碳氢单键的σ键；

同一周期元素，随着核电荷数递增，原子半径减小，失电子能力降低，第一电离能增大，但由于N元素原子轨道的半满的结构的能量比较低，导致第一电离能比相邻元素的大；
(4)根据均摊法，可以知道该晶胞中N原子个数为：6+8=4，该晶胞中Ti原子个数为：1+12，所以晶胞的质量m=4g，而晶胞的体积V=(2a10-10)3cm3，所以晶体的密度=； (5)由图3可知，Ti3+可形成配位数为6的空间构型，6个N3-构成的立体构型为八面体。

(1)Ti为22号元素，原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，其3d、4s能级上的电子为其价电子，这两个能级上分别含有2个电子，则该原子价电子排布式为3d24s2，

因此，本题正确答案是：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=38=12；
因此，本题正确答案是：Mg；12；
(3) 化合物甲的分子中一个苯环含有7个碳碳键的σ键和5个碳氢单键的σ键，共12个σ键；
同一周期元素，随着核电荷数递增，第一电离能增大，但由于N元素原子轨道的半满的结构的能量比较低，导致第一电离能比相邻元素的大，碳，氧，氮三个原子对应的第一电离能由大到小的顺序为N > O >C；
因此，本题正确答案是：12； N > O >C；
(4) 根据均摊法，可以知道该晶胞中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=4g，而晶胞的体积V=(2a10-10)3cm3，所以晶体的密度==4g (2a10-10)3cm3= g·cm－3，

因此，本题正确答案是：；
(5) 由图3可知，Ti3+可形成配位数为6的空间构型，6个N3-构成的立体构型为八面体，

因此，本题正确答案是：八。