Question

13．金屬鈦（Ti）被譽為21世紀金屬，具有良好的生物相容性，它兼具鐵的高強度和鋁的低密度，其單質和化合物具有廣泛的應用價值．氮化鈦（Ti₃N₄）為金黃色晶體，由于具有令人滿意的仿金效果，越來越多地成為黃金的代替品．以TiCl₄為原料，經過一系列反應可以制得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

請回答下列問題：
（1）Ti的基態(tài)原子外圍電子排布式為3d²4s²．
（2）M是Mg（填元素符號），該金屬晶體的堆積模型為六方最密堆積，配位數為12．
（3）納米TiO₂是一種應用廣泛的催化劑，納米TiO₂催化的一個實例如圖2所示．化合物甲的分子中采取sp²方式雜化的碳原子有7 個，化合物乙中采取sp³方式雜化的原子對應的元素的電負性由大到小的順序為O＞N＞C．
（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 pm，則該氮化鈦的密度為$\frac{4×62}{{{N_A}×（2a×{{10}^{-10}}{）^3}}}$g•cm^-3（N_A為阿伏加德羅常數的值，只列計算式）．該晶體中與N原子距離相等且最近的N原子有12．
（5）科學家通過X-射線探明KCl、MgO、CaO、TiN的晶體與NaCl的晶體結構相似．且知三種離子晶體的晶格能數據如下：

離子晶體	NaCl	KCl	CaO
晶格能/kJ•mol-1	786	715	3401

KCl、CaO、TiN三種離子晶體熔點由高到低的順序為TiN＞CaO＞KCl．

Answer 1

分析 （1）Ti是22號元素，其原子核外有22個電子，3d、4s電子為其外圍電子，根據構造元素書寫其外圍電子排布式；
（2）M是短周期金屬元素，根據其電離能知，該金屬位于第IIA族，能還原四氯化鈦，說明其金屬性較強，為Mg；
該金屬晶體的堆積模型為六方最密堆積，配位數=3×8÷2；
（3）化合物甲的分子中采取sp²方式雜化的碳原子價層電子對個數是3；
化合物乙中采取sp³方式雜化的原子有C、N、O元素，同一周期元素，元素的電負性隨著原子序數增大而增大；
（4）根據均攤法，可知該晶胞中N原子個數為：$6×\frac{1}{2}+8×\frac{1}{8}=4$，該晶胞中Ti原子個數為：$1+12×\frac{1}{4}=4$，所以晶胞的質量m=4×$\frac{62}{N_A}g$，而晶胞的體積V=（2a×10^-10）³cm³，所以晶體的密度=$\frac{m}{V}$；以晶胞頂點N原子為研究對象，與之距離相等且最近的N原子處于面心位置，每個頂點為8個晶胞共用．每個面為2個晶胞共用；
（5）離子晶體的離子半徑越小，帶電荷數越多，晶格能越大，則晶體的熔沸點越高．

解答 解：（1）Ti為22號元素，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²，外圍電子排布式為3d²4s²，
故答案為：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反應置換出Ti，則M為Mg；Mg晶體屬于六方最密堆積，配位數=3×8÷2=12，
故答案為：Mg；12；
（3）化合物甲的分子中采取sp²雜化的碳原子為苯環(huán)上的六個、羰基中的一個，共7個；采取sp³雜化的原子價層電子對數是4，乙中采取sp³雜化的原子有C、N、O，同一周期元素中，元素電負性隨著原子序數依次增加電負性逐漸增大，所以它們的電負性關系為：O＞N＞C，
故答案為：7；O＞N＞C；
（4）根據均攤法，可知該晶胞中N原子個數為：$6×\frac{1}{2}+8×\frac{1}{8}=4$，該晶胞中Ti原子個數為：$1+12×\frac{1}{4}=4$，所以晶胞的質量m=4×$\frac{62}{N_A}g$，而晶胞的體積V=（2a×10^-10）³cm³，所以晶體的密度ρ=4$\frac{62}{N_A}g$÷
（2a×10^-10）³cm³=$\frac{4×62}{{{N_A}×（2a×{{10}^{-10}}{）^3}}}$g•cm^-3；以晶胞頂點N原子為研究對象，與之距離相等且最近的N原子處于面心位置，每個頂點為8個晶胞共用；每個面為2個晶胞共用，故與之距離相等且最近的N原子為$\frac{3×8}{2}=12$，
故答案為：$\frac{4×62}{{{N_A}×（2a×{{10}^{-10}}{）^3}}}$；12；
（5）離子晶體的離子半徑越小，帶電荷數越多，晶格能越大，則晶體的熔沸點越高，則有TiN＞CaO，由表中數據可知CaO＞KCl，則TiN＞CaO＞KCl，
故答案為：TiN＞CaO＞KCl．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，涉及晶胞計算、離子晶體熔沸點比較、電負性大小比較等知識點，明確物質結構、元素周期律、原子結構等知識點是解本題關鍵，難點是（4）題“與之距離相等且最近的N原子個數”的判斷，題目難度不大．