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题型:综合题 难度:一般

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). 

1
图1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______; 

2
(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______g•cm﹣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______个;
(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/kJ•mol﹣1

786

715

3401

KCl、CaO、TiN三种离子晶体熔点由高到低的顺序为______ .

【答案】

(1)4d25s2

(2)Mg|12

(3)7|O>N>C

(4)1 |12

(5)TiN>CaO>KCl

【解析】

解:(1)Ti为22号元素,原子核外电子排布为1s22s22p63S23p63d24s2,外围电子排布式为4d25s2,

所以答案是:4d25s2;(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,所以答案是:Mg;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,

所以答案是:7; O>N>C;(4)根据均摊法,可知该晶胞中N原子个数为:6× 1+8× 2=4,该晶胞中Ti原子个数为:1+12× 3=4,∴晶胞的质量m=4× 4g,而晶胞的体积V=(2a×10﹣10)3cm3,所以晶体的密度ρ=4× 4g÷(2a×10﹣10)3cm3= 5 g•cm﹣3;

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 6 =12,

所以答案是: 5 ;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,

所以答案是:TiN>CaO>KCl.

题型:综合题 难度:一般
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