Question

鈦和鈦的合金已被廣泛用于制造電訊器材、人造骨骼、化工設(shè)備、飛機(jī)等航天航空材料，被譽(yù)為“未來世界的金屬”．試回答下列問題：

（1）鈦有₂₂⁴⁸Ti和₂₂⁵⁰Ti兩種原子，它們互稱為

 

．元素在元素周期表中的位置是第

 

周期，第

 

族；基態(tài)原子的電子排布式為

 

；按電子排布Ti元素在元素周期表分區(qū)中屬于

 

區(qū)元素．
（2）偏鈦酸鋇在小型變壓器、話筒和擴(kuò)音器中都有應(yīng)用．偏鈦酸鋇晶體中晶胞的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它的化學(xué)式是

 

，
（3）氮化鈦（Ti₃N₄）為金黃色晶體，由于具有令人滿意的仿金效果，越來越多地成為黃金裝飾的替代品．以TiCl₄為原料，經(jīng)過一系列反應(yīng)，如圖3．可以制得Ti₃N₄和納米TiO₂．
①Ti₃N₄中Ti元素的化合價(jià)為

 

．TiCl₄分子中4個(gè)氯原子不在同一平面上，則TiCl₄的空間構(gòu)型為

 

．
②反應(yīng)①為置換反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
③納米TiO₂是一種應(yīng)用廣泛的催化劑，納米TiO₂催化的一個(gè)實(shí)例如下：

化合物甲的分子中采取sp²雜化的碳原子個(gè)數(shù)為

 

，化合物乙中采取sp³雜化的原子的第一電離能由大到小的順序?yàn)?div id="vz5f7pn" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．
④有一種氮化鈦晶體的晶胞如圖2所示，該氮化鈦晶胞中含有

 

個(gè)N原子，晶胞中N、Ti之間的最近距離為a pm，則該氮化鈦的密度為

 

g．cm^-3 （NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值，只列算式）．

Answer 1

考點(diǎn)：原子核外電子排布,元素周期表的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用,元素電離能、電負(fù)性的含義及應(yīng)用,晶胞的計(jì)算,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：原子組成與結(jié)構(gòu)專題,化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的相同元素不同原子互為同位素；根據(jù)其價(jià)電子數(shù)及能層數(shù)確定在元素周期表中的位置，Ti元素核外有22個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式，根據(jù)最后排列電子的能級(jí)名稱確定所屬區(qū)；
（2）利用均攤法確定其化學(xué)式；
（3）①根據(jù)化合物中化合價(jià)的代數(shù)和為0計(jì)算Ti元素的化合價(jià)，TiCl₄分子中4個(gè)氯原子不在同一平面上，說明TiCl₄分子結(jié)構(gòu)和甲烷相同；
②根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件書寫方程式；
③采取sp²雜化的碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是3，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)判斷；采取sp³雜化的原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，但第VA族元素大于相鄰元素；
④利用均攤法計(jì)算N原子個(gè)數(shù)，根據(jù)ρ=

m

V

計(jì)算密度．

解答： 解：（1）₂₂⁴⁸Ti和₂₂⁵⁰Ti為質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的鈦元素的不同原子，互稱同位素；Ti元素核外有22個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理知其基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²），該元素的能層數(shù)為4、價(jià)電子數(shù)為4，所以鈦元素位于第四周期第IVB族，鈦元素最后排列電子是d電子，所以鈦元素屬于d區(qū)，
故答案為：同位素；1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²）；四；IVB；d；
（2）該化合物中，O原子個(gè)數(shù)=12×

1

4

=3，Ti原子個(gè)數(shù)=8×

1

8

=1，Ba原子個(gè)數(shù)為1，所以其化學(xué)式為：BaTiO₃，故答案為：BaTiO₃；
（3）①該化合物中氮元素化合價(jià)為-3價(jià)，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0知，Ti元素化合價(jià)為+4價(jià)，TiCl₄分子中4個(gè)氯原子不在同一平面上，說明TiCl₄分子結(jié)構(gòu)和甲烷相同，為正四面體結(jié)構(gòu)，故答案為：+4；正四面體；
②根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件知，該反應(yīng)方程式為：2Mg+TiCl₄

高溫  .

Ti+2MgCl₂，故答案為：2Mg+TiCl₄

高溫  .

Ti+2MgCl₂；
③采取sp²雜化的碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是3，該分子中碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3的有：苯環(huán)上的碳原子、連接羰基的碳原子，所以一共有7個(gè)；采取sp³雜化的原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4的原子有：連接甲基和羥基的碳原子、氧原子和氮原子，同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，但第VA族元素大于相鄰元素，所以這三種元素第一電離能從大到小順序是：N＞O＞C，
故答案為：7；N＞O＞C；
④該晶胞中N原子個(gè)數(shù)=8×

1

8

+6×

1

2

=4，Ti原子個(gè)數(shù)=1+12×

1

4

=4，該晶胞的ρ=

m

V

=

62 NA ×4

(2a×10-10)3

g．cm^-3=

62×4

(2a×10-10)3．NA

g．cm^-3，
故答案為：4；

62×4

(2a×10-10)3．NA

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及晶胞的計(jì)算、原子的雜化方式、第一電離能大小的判斷、基態(tài)原子核外電子排布式的書寫等知識(shí)點(diǎn)，這些都是高考熱點(diǎn)，會(huì)利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定原子的雜化方式、第一電離能的規(guī)律、構(gòu)造原理來分析解答，難點(diǎn)的晶胞密度的計(jì)算，根據(jù)密度公式進(jìn)行解答，難度中等．