Question

【題目】金屬鈦(Ti)被譽(yù)為21世紀(jì)金屬，具有良好的生物相容性，它兼具鐵的高強(qiáng)度和鋁的低密度。其單質(zhì)和化合物具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。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(lái)越多地成為黃金的代替品。以TiCl4為原料，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)可以制得Ti3N4和納米TiO2 (如圖1)。

圖中的M是短周期金屬元素，M的部分電離能如下表：

	I1	I2	I3	I4	I5
電離能/kJ·mol－1	738	1451	7733	10540	13630

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）Ti的基態(tài)原子外圍電子排布式為_______________。

（2）M是_______(填元素符號(hào))，該金屬晶體的堆積模型為六方最密堆積，配位數(shù)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)例如圖2所示。化合物甲的分子中一個(gè)苯環(huán)的σ鍵有____個(gè)，化合物乙中碳，氧，氮三個(gè)原子對(duì)應(yīng)的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>____________。

（4）有一種氮化鈦晶體的晶胞與NaCl晶胞相似，如圖3所示，該晶胞中N、Ti之間的最近距離為a×10-10 cm，則該氮化鈦的密度為______ g·cm－3(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，只列計(jì)算式)。

（5）圖3中Ti3+可形成配位數(shù)為6的空間構(gòu)型，問(wèn)它構(gòu)成的立體構(gòu)型為______面體。

Answer 1

【答案】3d24s2 Mg 12 12 N > O >C 八

【解析】

（1）Ti 是22號(hào)元素，其原子核外有22個(gè)電子，3d、4s電子為其外圍電子，根據(jù)構(gòu)造元素書(shū)寫(xiě)其外圍電子排布式；
(2)M是短周期金屬元素，根據(jù)其電離能知，該金屬位于第IIA族，能還原四氯化鈦，說(shuō)明其金屬性較強(qiáng)，為Mg；該金屬晶體的堆積模型為六方最密堆積，配位數(shù)=38；
(3) 化合物甲的分子中一個(gè)苯環(huán)含有7個(gè)碳碳鍵的σ鍵和5個(gè)碳?xì)鋯捂I的σ鍵；

同一周期元素，隨著核電荷數(shù)遞增，原子半徑減小，失電子能力降低，第一電離能增大，但由于N元素原子軌道的半滿的結(jié)構(gòu)的能量比較低，導(dǎo)致第一電離能比相鄰元素的大；
(4)根據(jù)均攤法，可以知道該晶胞中N原子個(gè)數(shù)為：6+8=4，該晶胞中Ti原子個(gè)數(shù)為：1+12，所以晶胞的質(zhì)量m=4g，而晶胞的體積V=(2a10-10)3cm3，所以晶體的密度=； (5)由圖3可知，Ti3+可形成配位數(shù)為6的空間構(gòu)型，6個(gè)N3-構(gòu)成的立體構(gòu)型為八面體。

(1)Ti為22號(hào)元素，原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d24s2，其3d、4s能級(jí)上的電子為其價(jià)電子，這兩個(gè)能級(jí)上分別含有2個(gè)電子，則該原子價(jià)電子排布式為3d24s2，

因此，本題正確答案是：3d24s2；
(2)M是短周期金屬元素，M的第三電離能劇增，處于ⅡA族，能與TiCl4反應(yīng)置換出Ti，則M為Mg；Mg晶體屬于六方最密堆積，配位數(shù)=38=12；
因此，本題正確答案是：Mg；12；
(3) 化合物甲的分子中一個(gè)苯環(huán)含有7個(gè)碳碳鍵的σ鍵和5個(gè)碳?xì)鋯捂I的σ鍵，共12個(gè)σ鍵；
同一周期元素，隨著核電荷數(shù)遞增，第一電離能增大，但由于N元素原子軌道的半滿的結(jié)構(gòu)的能量比較低，導(dǎo)致第一電離能比相鄰元素的大，碳，氧，氮三個(gè)原子對(duì)應(yīng)的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>N > O >C；
因此，本題正確答案是：12； N > O >C；
(4) 根據(jù)均攤法，可以知道該晶胞中N原子個(gè)數(shù)為：6+8=4，該晶胞中Ti原子個(gè)數(shù)為：1+12=4，所以晶胞的質(zhì)量m=4g，而晶胞的體積V=(2a10-10)3cm3，所以晶體的密度==4g (2a10-10)3cm3= g·cm－3，

因此，本題正確答案是：；
(5) 由圖3可知，Ti3+可形成配位數(shù)為6的空間構(gòu)型，6個(gè)N3-構(gòu)成的立體構(gòu)型為八面體，

因此，本題正確答案是：八。