Question

5．钛及其合金具有许多优异的性能．具有超导特性、形状记忆和吸氧特性等，而被称为“太空金属”和“海洋金属”，在航空航天、海洋开发、化工、冶金、汽车等领域有着越来越广泛的用途．
（1）Ti（BH₄）₂是一种过渡元素硼氢化物材料，基态钛原子外围电子构型为3d²4s²；在Ti（BH₄）₂中钛元素化合价为+2，与Ti（BH₄）₂中的阴离子互为等电子体CH₄．（写一种即可）
（2）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1所示，化合物甲的分子中采取sp²方式杂化的碳原子数为7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C＜O＜N．

（3）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表：

晶体	NaCl	KCl	CaO
晶格能/（Kj．mol-1）	786	715	3401

KCl、CaO、TiN三种离子晶体熔点由高到低的顺序是为CaO＞NaCl＞KCl．
（4）Ti³⁺可形成配位数为6的配合物，现有钛的两种颜色的配合物，一种为紫色，另一种为绿色．相关实验证明，两种晶体的组成皆为TiCl₃•6H₂O．为测定这两种配合物的成键情况，
设计了如下实验：分别取等质量的两种物质的样品配成待测溶液，分别往待测溶液中滴入过量的AgNO₃溶液并充分反应，均产生白色沉淀；测定沉淀质量并比较，发现原绿色物质得到的沉淀质量由原来紫色物质得到沉淀质量的$\frac{2}{3}$．则原绿色晶体配合物的化学式为[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O．
（5）有一种氮化钛晶体的晶胞和氯化钠晶胞相似，如图2所示，该晶胞中N、Ti之间的最近距离为apm，则该氧化钛的密度为$\frac{62×4}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³（N_A为阿伏伽德罗常数的数值，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12个．

Answer 1

分析 （1）Ti是22号元素，其3d、4s电子为外围电子，根据构造原理书写其外围电子；化合物中各元素化合价的代数和为0，据此判断Ti元素化合价；原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体；
（2）碳原子采用sp²杂化，说明C原子价层电子对个数为3；原子采用sp³杂化，说明其价层电子对个数是4，同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；
（3）这几种晶体都是离子晶体，离子晶体熔沸点与晶格能成正比；
（4）配合物中只有外界才能电离出自由移动的离子，分别往待测溶液中滴入过量的AgNO₃溶液并充分反应，均产生白色沉淀，说明两种物质外界中都含有氯离子；
测定沉淀质量并比较，发现原绿色物质得到的沉淀质量由原来紫色物质得到沉淀质量的$\frac{2}{3}$，说明绿色物质外界中氯离子是紫色物质的$\frac{2}{3}$，所以绿色物质化学式外界中含有两个氯离子、紫色物质化学式外界中含有3个氯离子，据此书写其化学式；
（5）晶胞中N、Ti之间的最近距离为apm，即a×10^-10cm，则晶胞边长为2a×10^-10cm，体积为（2a×10^-10cm）³，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，密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$；
该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子个数=3×8×$\frac{1}{2}$．

解答 解：（1）Ti是22号元素，其3d、4s电子为外围电子，根据构造原理书写其外围电子为3d²4s²；化合物中各元素化合价的代数和为0，该化合物中H元素为-1价、B元素为+3价，所以Ti元素化合价为+2价；原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体，与Ti（BH₄）₂中的阴离子原子个数是5、价电子数为8，与CH₄互为等电子体，
故答案为：3d²4s²；+2；
（2）化合物甲中苯环C和羰基C以sp²杂化，共7个C；以sp³杂化方式的原子有O、N、C，由于N原子2p轨道半充满，第一电离能高于O，故答案为：7；C＜O＜N；
（3）这几种晶体都是离子晶体，离子晶体熔沸点与晶格能成正比，根据表中数据知，这三种物质的熔沸点高低顺序是CaO＞NaCl＞KCl，故答案为：CaO＞NaCl＞KCl；
（4）配合物中只有外界才能电离出自由移动的离子，分别往待测溶液中滴入过量的AgNO₃溶液并充分反应，均产生白色沉淀，说明两种物质外界中都含有氯离子；
测定沉淀质量并比较，发现原绿色物质得到的沉淀质量由原来紫色物质得到沉淀质量的$\frac{2}{3}$，说明绿色物质外界中氯离子是紫色物质的$\frac{2}{3}$，所以绿色物质化学式外界中含有两个氯离子、紫色物质化学式外界中含有3个氯离子，所以其化学式为[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O，故答案为：[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O；
（5）晶胞中N、Ti之间的最近距离为apm，即a×10^-10cm，则晶胞边长为2a×10^-10cm，体积为（2a×10^-10cm）³，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，密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{62}{{N}_{A}}×4}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³=$\frac{62×4}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³；
该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子个数=3×8×$\frac{1}{2}$=12，
故答案为：$\frac{62×4}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$；12．

点评 本题考查物质结构和性质，侧重考查晶胞计算、配合物结构、晶格能、电离能等知识点，难点是晶胞计算，易错点是配位数个数的判断，题目难度中等．