Question

钛和钛的合金已被广泛用于制造电讯器材、人造骨骼、化工设备、飞机等航天航空材料，被誉为“未来世界的金属”．试回答下列问题：
（1）钛有

48 22

Ti和

50 22

Ti两种原子，其基态原子的电子排布式为

 

；按电子排布Ti元素在元素周期表分区中属于

 

区元素．
（2）偏钛酸钡在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用．偏钛酸钡晶体中晶胞的结构如图1所示，它的化学式是

 

．

（3）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装饰的替代品．以TiCl₄为原料，经过一系列反应，可以制得Ti₃N₄和纳米TiO₂．

①TiCl₄分子中4个氯原子不在同一平面上，则TiCl₄的空间构型为

 

．②纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，纳米TiO₂催化的一个实例如下：

化合物甲的分子中采取sp²杂化的碳原子个数为

 

，化合物乙中采取sp³杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为

 

．
③另有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该氮化钛晶胞中含有

 

个N原子，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?cm^-3（用N_A表示阿伏加德罗常数的数值，只列算式）．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,判断简单分子或离子的构型

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）根据核外电子排布规律和元素周期表可以解决问题；
（2）利用均摊法可知化学式；
（3）①、根据中心原子的杂化方式可知分子的空间构型，②、根据化合物甲的结构可知碳的杂化方式，根据化合物乙的结构可知sp3杂化的原子种类，再根据元素周期律比较第一电离能，③、利用均摊法算出N原子个数，根据晶胞的质量和体积求得密度．

解答： 解：（1）根据

48 22

Ti可知，钛为22号元素，所以它电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，它在元素周期表的第四周期第ⅡB族，所以是d区元素，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²； d；
（2）利用均摊法可知Ti的原子个数为：8×

1

8

=1，Ba的原子个数为：1，O的原子个数为：12×

1

4

=3，所以晶体的化学式为：BaTiO₃，故答案为：BaTiO₃；
（3））①、TiCl₄分子中4个氯原子不在同一平面上，可知Ti原子的杂化方式为sp3，所以分子的空间构型为正四面体，故答案为：正四面体；
②化合物甲的分子中采取sp²杂化的碳原子有苯环上的六个各羰基中的一个，共7个，根据化合物乙的结构可知sp3杂化的原子有羟基中的氧、氨基中的氮、碳链上的三个碳，它们都位于第二周期，C、N、O 原子序数依次增加，根据元素周期律，同周期元素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，故答案为：7； O＞N＞C；
  ③根据均摊法可算出该晶胞中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，∴晶胞的质量m=

4×62

NA

，而晶胞的体积V=（2a×10^-10）³cm³，所以晶体的密度ρ=

m

V

=

62×4

(2a×10-10)3NA

g?cm^-3，故答案为：4=

62×4

(2a×10-10)3NA

．

点评：本题主要考查了原子核外电子排布、元素周期表、轨道杂化、分子的空间构型及晶胞的计算，考查的内容难度中等．