Question

20．金属钛（Ti）被誉为21世纪金属，其单质和化合物具有广泛的应用价值．请回答下列问题：
（1）Ti的基态原子价电子排布式为3d²4s²．
（2）纳米TiO₂常用作下述反应的催化剂．

化合物甲的分子中采取sp²方式杂化的碳原子有7个，化合物乙中采取sp³方式杂化的原子对应的元素的电负性由大到小的顺序为O＞N＞C．
（3）含Ti³⁺的配合物的化学式为[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O，其配离子中含有的化学键类型是共价键、配位键，1mol该配合物中含有的σ键数目是18N_A．
（4）通过X-射线探知KCl、MgO、CaO、TiN的晶体与NaCl的晶体结构相似．且知三种离子晶体的晶格能数据如表：

离子晶体	NaCl	KCl	CaO
晶格能/kJ•mol-1	786	715	3401

KCl、MgO、CaO、TiN四种离子晶体熔点由高到低的顺序为TiN＞MgO＞CaO＞KCl．
（5）某种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子有12个：Ti原子的配位数为6；此配位原子构成的空间构型为正八面体；该晶胞中N、Ti原子之间的最近距离为a nm．则该氮化钛晶体的密度为$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3、N_A为阿伏加德罗常数的值，只列计算式）．

Answer 1

分析 （1）Ti原子核外电子数为22，根据能量最低原理书写；
（2）采取sp²杂化的碳原子价层电子对数是3，采取sp³杂化的原子价层电子对数是4，乙中采取sp³杂化的原子有C、N、O，同一周期元素中，元素的电负性随着原子序数的增大；
（3）配离子中含有共价键、配位键，[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O中含有6个配位键，也属于σ键，水分子中含有2个σ键，故1mol[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O中含有18mol σ键；
（4）由表中数据可知，离子半径越小晶格能越大，离子带电荷越大，晶格能越大，晶格能大，对应的离子晶体的熔点就越高，电荷起主导作用；
（5）以晶胞顶点N原子研究，与之距离相等且最近的N原子处于面心位置；
以体心的Ti原子研究，其周围有6个N原子，配位数为6，此6个N原子形成正八面体；
根据均摊法计算晶胞中Ti、N原子数目，进而计算晶胞质量，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：（1）Ti为22号元素，原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²，外围电子排布式为3d²4s²，故答案为：3d²4s²；
（2）化合物甲的分子中采取sp²杂化的碳原子为苯环上的六个、羰基中的一个，共7个；
采取sp³杂化的原子价层电子对数是4，乙中采取sp³杂化的原子有C、N、O，同一周期元素中，元素电负性随着原子序数依次增加电负性逐渐增大，所以它们的电负性关系为：O＞N＞C，
故答案为：7； O＞N＞C；
（3）配离子中含有共价键、配位键，[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O中含有6个配位键，也属于σ键，水分子中含有2个σ键，故1mol[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O中含有18mol σ键，即σ键数目为18N_A，
故答案为：共价键、配位键；18N_A；
（4）离子晶体的离子半径越小，带电荷数越多，晶格能越大，则晶体的熔沸点越高，电荷起主导作用，则熔点TiN＞MgO＞CaO＞KCl，
故答案为：TiN＞MgO＞CaO＞KCl；
（5）以晶胞顶点N原子研究，与之距离相等且最近的N原子处于面心位置，每个顶点为8个晶胞共用．每个面为2个晶胞共用，故与之距离相等且最近的N原子为$\frac{3×8}{2}$=12，
以体心的Ti原子研究，其周围有6个N原子，配位数为6，此6个N原子形成正八面体；
根据均摊法，可知该晶胞中N原子个数为：6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，该晶胞中Ti原子个数为：1+12×$\frac{1}{4}$=4，∴晶胞的质量m=4×$\frac{62}{{N}_{A}}$g，而晶胞的体积V=（2a×10^-7）³cm³，所以晶体的密度ρ=4×$\frac{62}{{N}_{A}}$g÷（2a×10^-7）³cm³=$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3；
故答案为：12；6；正八面体；$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-7}）^{3}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及等晶胞结构与计算、核外电子排布、杂化方式、电负性、晶体熔沸点比较等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，难度中等．