Question

【化學—選修3：物質結構與性質】（15分）
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代替品。以TiCl₄為原料，經過一系列反應（如圖所示），可以制得Ti₃N₄和納米TiO₂請回答下列問題：

（1）反應①為置換反應，寫出該反應的化學方程式           ；TiCl₄分子中4個氯原子不在同一平面上，則TiCl₄的空間構型為               。
（2）元素周期表中Ti元素位于第   周期   族。與Ti相鄰的元素Zr的基態原子外圍電子排布式為       ，
（3）納米TiO₂是一種應用廣泛的催化劑，納米Ti0₂催化的一個實驗如圖所示。

化合物甲的分子中采取sp²方式雜化的碳原子個數為        ，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為          。
（4）有一種氮化鈦晶體的晶胞如圖所示，該氮化鈦晶胞中含有        個N原子，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．cm^－3（N_A為阿伏加德常數的數值，只列算式）。

Answer 1

（除第(2)題每空1分，其余每空2分，共15分）
（1）2Mg＋TiCl₄Ti+MgCl₂ 正四面體
（2）四、IVB    4d²5S²
（3）7     N＞O＞C
（4）4      

試題分析：（1）反應①為置換反應，鎂置換鈦，所以化學方程式為2Mg＋TiCl₄Ti+MgCl₂ ；TiCl₄的價層電子對數="4+1/2(4-4×1)=4," TiCl₄分子中4個氯原子不在同一平面上，所以TiCl₄的空間構型為正四面體型；
（2）元素周期表中Ti元素位于第四周期第IVB族，Zr與Ti同族，在Ti的下一周期，所以外圍電子排布式與Ti相似，為4d²5s²
（3）采取sp²方式雜化的碳原子周圍有3個共價單鍵，所以甲中的苯環中有6個，-C=O中的1個，共7 個sp²方式雜化的碳原子；根據雜化軌道的判斷方法，化合物乙中采取sp³雜化的原子，包括C原子，羥基中的O原子和氨基的N原子，N原子的2p軌道為半充滿狀態，所以第一電離能最大，C原子的第一電離能最小，所以三者的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞C；
（4）N原子位于立方體的8個頂點和6個面的面心位置，所以晶胞中N原子的個數=8×1/8+6×1/2=4個；Ti原子位于12條棱的中點和立方體的中心，所以晶胞中Ti原子的個數=12×1/4+1=4個；晶胞中N、Ti之間的最近距離為a pm，則晶胞的棱長為2apm=2a×10^-10cm，則該氮化鈦的密度為4×62/N_A/(2a×10^-10)³= g．cm^－3