Question

20．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（如圖1所示）可以制得Ti₃N₄和TiO₂．
圖1中的M是短周期金屬元素，M的部分電離如下表：

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

（1）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（填六方最密堆積或面心立方最密堆積）配位數為12．
（2）基態(tài)Ti³⁺中未成對電子數有1個，Ti的基態(tài)原子外圍電子排布式為4d²5s²．
（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．化合物甲的分子式中采取sp2雜化的碳原子數為7，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相似，如圖3所示．該晶體中與N原子距離相等且最近的N原子有12個，該晶體的化學式為TiN．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）Ti為22號元素，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²，外圍電子排布為3d²4s²，失去4s能級2個電子、3d能級1個電子形成Ti³⁺；
（3）采取sp²雜化的碳原子價層電子對數是3，根據價層電子對數判斷；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，元素的電負性隨著原子序數的增大；
（4）根據均攤法計算晶胞中Ti、N原子數目，進而計算晶胞化學式，以晶胞頂點N原子研究，與之距離相等且最近的N原子處于面心位置．

解答 解：（1）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，配位數為12，故答案為：Mg；六方最密堆積；12；
（2）Ti為22號元素，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²，失去4s能級2個電子、3d能級1個電子形成Ti³⁺，基態(tài)Ti³⁺離子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d¹，3d能級1個電子為未成對電子，故答案為：1；4d²5s²；
（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，晶胞的化學式為TiN，以晶胞頂點N原子研究，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：12；TiN．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及晶胞結構與計算、核外電子排布、雜化方式、電負性比較等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．