Question

【題目】地球表面十公里厚的地層中，含鈦元素達(dá)千分之六，比銅多61倍，金屬鈦(Ti)被譽(yù)為21世紀(jì)金屬，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(如下圖)。

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	10 540	13 630

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

⑴TiO2為離子晶體，己知晶體中陽(yáng)離子的配位數(shù)為6，陰離子的配位數(shù)為3，則陽(yáng)離子的電子排布式為___________

⑵金屬Ti與金屬M的晶體原子堆積模式相同，其堆積模型為_________（填寫(xiě)堆積模型名稱)，晶體中原子在二維平面里的配位數(shù)為_____________

⑶室溫下TiCl4為無(wú)色液體，沸點(diǎn)為136.4℃，由此可知其晶體類型為__________，構(gòu)成該晶體的粒子的空間構(gòu)型為_____________

(4)有一種氮化鈦晶體的晶胞與NaCl晶胞相似，如下圖所示，已知該氮化鈦的密度為pg·cm-3，則該晶胞中N、Ti之間的最近距離為_____ pm，（NA為阿伏加德常數(shù)的數(shù)值，只列算式）。該晶體中與Ti原子距離相等且最近的Ti原子有___________個(gè)。

(5)科學(xué)家通過(guò)X射線探明KC1、MgO、CaO、TiN的晶體與NaCl的晶體結(jié)構(gòu)相似。且知三種離子晶體的晶格能數(shù)據(jù)如下：

離子晶體	NaCl	KC1	CaO
晶格能/(kJ·mol-1)	786	715	3401

KC1、CaO、TiN三種離子晶體硬度由低到該的順序?yàn)?/span>_____________

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p6 六方最密堆積 6 分子晶體 正四面體 12 KCl<CaO<TiN

【解析】本題考查選修三《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》，從基礎(chǔ)知識(shí)入手，（1）Ti是陽(yáng)離子，Ti是22號(hào)元素，因此Ti4＋的電子排布式為：1s22s22p63s23p6；（2）根據(jù)金屬M(fèi)的電離能，在第二電離能到第三電離能發(fā)生突變，說(shuō)明最外層有2個(gè)電子，M是短周期金屬元素，根據(jù)部分電離能，推出是Mg，金屬Ti與Mg的晶體原子堆積模式相同，因此堆積模式為六方最密堆積，二維平面里的配位數(shù)為6；（3）TiCl4為無(wú)色液體，且沸點(diǎn)較低，符合分子晶體的特點(diǎn)，因此TiCl4屬于分子晶體，空間構(gòu)型為正四面體；（4）根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)，最近N和Ti的位置是棱長(zhǎng)的一半，設(shè)棱長(zhǎng)為apm，晶胞中Ti位于棱上和體心，個(gè)數(shù)為12×1/4＋1=4，N位于面心和頂點(diǎn)，個(gè)數(shù)為8×1/8＋6×1/2=4，化學(xué)式為T(mén)iN，晶胞的質(zhì)量為4×62/NAg，晶胞的體積為(a×10－10)3cm3，根據(jù)密度的定義求的Ti和N的最近距離是，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)，距離Ti最近的Ti上面有四個(gè)，同一平面的有4個(gè)，下面有4個(gè)，共有12個(gè)；（5）晶格能越大，硬度越大，晶格能與陰陽(yáng)離子所帶電荷數(shù)以及陰陽(yáng)離子的半徑有關(guān)，所帶電荷數(shù)越多，半徑越小，晶格能越大，硬度越大，即KCl<CaO<TiN。