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20.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(如图1所示)可以制得Ti3N4和TiO2.
图1中的M是短周期金属元素,M的部分电离如下表:
  I1I2I3 I4 I5
 电离能/KJ•mol-1 7381451 7733 10540 13630 
(1)M是Mg(填元素符号),该金属晶体的堆积模型为六方最密堆积(填六方最密堆积或面心立方最密堆积)配位数为12.
(2)基态Ti3+中未成对电子数有1个,Ti的基态原子外围电子排布式为4d25s2.
(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.化合物甲的分子式中采取sp2杂化的碳原子数为7,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O>N>C.
(4)有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl相似,如图3所示.该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子有12个,该晶体的化学式为TiN.

分析 (1)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;
(2)Ti为22号元素,原子核外电子排布为1s22s22p63S23p63d24s2,外围电子排布为3d24s2,失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Ti3+;
(3)采取sp2杂化的碳原子价层电子对数是3,根据价层电子对数判断;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,元素的电负性随着原子序数的增大;
(4)根据均摊法计算晶胞中Ti、N原子数目,进而计算晶胞化学式,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.

解答 解:(1)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,故答案为:Mg;六方最密堆积;12;
(2)Ti为22号元素,原子核外电子排布为1s22s22p63S23p63d24s2,失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Ti3+,基态Ti3+离子核外电子排布为1s22s22p63S23p63d1,3d能级1个电子为未成对电子,故答案为:1;4d25s2;
(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,故答案为:7; O>N>C;
(4)根据均摊法,可知该晶胞中N原子个数为:6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4,该晶胞中Ti原子个数为:1+12×$\frac{1}{4}$=4,晶胞的化学式为TiN,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$\frac{3×8}{2}$=12,故答案为:12;TiN.

点评 本题考查物质结构和性质,涉及晶胞结构与计算、核外电子排布、杂化方式、电负性比较等,是对学生综合能力的考查,需要学生具备扎实的基础,难度中等.

练习册系列答案
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