Question

【題目】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的部分電離能如表：

	I1	I2	I3	I4	I5
電離能/(kJ/mol)	738	1451	7733	10540	13630

請回答下列問題：

(1)Ti的基態原子外圍電子排布式為________________。

(2)M是________(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____。

(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________個，化合物乙中采取sp3方式雜化的原子3對應的元素的電負性由大到小的順序為________________。

(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________________g/cm3 (NA為阿伏加德羅常數的值，只列計算式)。該晶體中與氮原子距離相等且最近的氮原子有________個。

(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：

離子晶體	NaCl	KCl	CaO
晶格能/(kJ/mol)	786	715	3401

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

Answer 1

【答案】3d24s2 Mg 12 7 O>N>C 12 TiN>CaO>KCl

【解析】

(1)Ti原子核外電子數為22，根據能量最低原理書寫；

(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，配位數為12；

(3)采取sp2雜化的碳原子價層電子對數是3，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，進而計算晶胞質量，根據ρ=計算晶胞密度；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；

(5)由表中數據可知，離子半徑越小晶格能越大，離子帶電荷越大，晶格能越大，晶格能大，對應的離子晶體的熔點就越高。

(1)Ti為22號元素，原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d24s2，因此外圍電子排布式為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，配位數為12；

(3)化合物甲的分子中采取sp2雜化的碳原子為苯環上的六個、羰基中的一個，共7個該C原子；

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；

(4)根據均攤法，可知該晶胞中N原子個數為：6×+8×=4，該晶胞中Ti原子個數為：1+12×=4，所以晶胞的質量m=4× g，而晶胞的體積V=(2a×10-10)3cm3，所以晶體的密度ρ=g/cm3；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=12；

(5)離子晶體中，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，則三種晶體的晶格能由大到小的順序為：TiN>CaO>KCl，所以KCl、CaO、TiN三種離子晶體熔點由高到低的順序為TiN>CaO>KCl。