Question

19．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(lái)世界的金屬”．試回答下列問(wèn)題：

（1）鈦有${\;}_{22}^{48}Ti$和${\;}_{22}^{50}Ti$兩種原子，它們互稱(chēng)為同位素，元素在元素周期表中的位置是第四周期第IVB族；基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²）；按電子排布Ti元素在元素周期表分區(qū)中屬于d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BaTiO₃．
（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(lái)越多地成為黃金代替品．以TiCl₄為原料，經(jīng)過(guò)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+4，TiCl₄分子中4個(gè)氯原子不在同一平面上，則TiCl₄的空間構(gòu)型為四面體．
②反應(yīng)①為置換反應(yīng)，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂；
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7，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)镹＞O＞C．
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4個(gè)N原子，晶胞中N、Ti之間的最近距離為apm，則該氮化鈦的密度為$\frac{62×2}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}．{N}_{A}}$ g/cm³．
（4）現(xiàn)有含Ti³⁺的配合物，化學(xué)式為T(mén)iCl₃（H₂O）₆，將1mol該物質(zhì)溶于水，加入足量硝酸銀溶液，產(chǎn)生沉淀的氯化銀為1mol，已知該配合物的配位數(shù)為6，則該配離子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為[TiCl₂（H₂O）₄]⁺，配離子所含有的化學(xué)鍵類(lèi)型是極性鍵，該配合物的配位體是H₂O、Cl^-．

Answer 1

分析 （1）質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的同一元素不同原子互稱(chēng)同位素；Ti位于第四周期第IVB族；其原子核外有22個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)其基態(tài)原子核外電子排布式；根據(jù)原子最后排入電子名稱(chēng)確定元素所屬區(qū)；
（2）該化合物中，O原子個(gè)數(shù)=12×$\frac{1}{4}$=3，Ti原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=1，Ba原子個(gè)數(shù)為1；
（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(shuō)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(shū)寫(xiě)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=$\frac{m}{V}$計(jì)算密度；
（4）現(xiàn)有含Ti³⁺的配合物，化學(xué)式為T(mén)iCl₃（H₂O）₆，將1mol該物質(zhì)溶于水，加入足量硝酸銀溶液，立即沉淀的氯化銀為1mol，該配合物的配位數(shù)為6，說(shuō)明該配合物中配體有兩個(gè)Cl^-、4個(gè)水分子，據(jù)此書(shū)寫(xiě)該配離子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，配離子所含有的化學(xué)鍵類(lèi)型是極性鍵，該配合物的配位體是水和氯離子．

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(chēng)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×$\frac{1}{4}$=3，Ti原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=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(shuō)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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，故答案為：2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$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×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Ti原子個(gè)數(shù)=1+12×$\frac{1}{4}$=4，該晶胞的ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{62}{{N}_{A}}×4}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$g．cm^-3=$\frac{62×2}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}．{N}_{A}}$g．cm^-3，
故答案為：4；$\frac{62×2}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}．{N}_{A}}$；
（4）現(xiàn)有含Ti³⁺的配合物，化學(xué)式為T(mén)iCl₃（H₂O）₆，將1mol該物質(zhì)溶于水，加入足量硝酸銀溶液，立即沉淀的氯化銀為1mol，該配合物的配位數(shù)為6，說(shuō)明該配合物中配體有兩個(gè)Cl^-、4個(gè)水分子，該配離子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式[TiCl₂（H₂O）₄]⁺，配離子所含有的化學(xué)鍵類(lèi)型是極性鍵，該配合物的配位體是水和氯離子，故答案為：[TiCl₂（H₂O）₄]⁺；極性鍵；H₂O、Cl^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及晶胞計(jì)算、配合物、原子雜化、原子核外電子排布等知識(shí)點(diǎn)，這些都是高頻考點(diǎn)，難點(diǎn)是（3）題晶胞計(jì)算、（4）題配合物，知道配合物中內(nèi)界和外界區(qū)別．