Question

【题目】[化学——选修3：物质结构与性质]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/kJmol﹣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____________________gcm﹣3(NA为阿伏加德罗常数的值，只列计算式)。该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子有__________。

(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如下：

离子晶体	NaCl	KCl	CaO
晶格能/kJmol﹣1	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】

试题（1）Ti为22号元素，根据核外电子排布规律可知原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，则Ti的基态原子外围电子排布式为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；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：6×1/2+8×1/8＝4，该晶胞中Ti原子个数为：1+12×1/4＝4，所以晶胞的质量m＝g，而晶胞的体积V＝（2a×10-10）3cm3，所以晶体的密度ρ=；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）离子晶体的离子半径越小，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TiN＞CaO＞KCl。