Question

20．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．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）Ti的基態(tài)原子價(jià)電子排布式為3d²4s²．
（2）納米TiO₂常用作下述反應(yīng)的催化劑．

化合物甲的分子中采取sp²方式雜化的碳原子有7個(gè)，化合物乙中采取sp³方式雜化的原子對(duì)應(yīng)的元素的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)镺＞N＞C．
（3）含Ti³⁺的配合物的化學(xué)式為[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O，其配離子中含有的化學(xué)鍵類型是共價(jià)鍵、配位鍵，1mol該配合物中含有的σ鍵數(shù)目是18N_A．
（4）通過(guò)X-射線探知KCl、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)如表：

離子晶體	NaCl	KCl	CaO
晶格能/kJ•mol-1	786	715	3401

KCl、MgO、CaO、TiN四種離子晶體熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)門iN＞MgO＞CaO＞KCl．
（5）某種氮化鈦晶體的晶胞如圖所示，該晶體中與N原子距離相等且最近的N原子有12個(gè)：Ti原子的配位數(shù)為6；此配位原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為正八面體；該晶胞中N、Ti原子之間的最近距離為a nm．則該氮化鈦晶體的密度為$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3、N_A為阿伏加德羅常數(shù)的值，只列計(jì)算式）．

Answer 1

分析 （1）Ti原子核外電子數(shù)為22，根據(jù)能量最低原理書寫；
（2）采取sp²雜化的碳原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)是3，采取sp³雜化的原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)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(fù)性隨著原子序數(shù)的增大；
（3）配離子中含有共價(jià)鍵、配位鍵，[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O中含有6個(gè)配位鍵，也屬于σ鍵，水分子中含有2個(gè)σ鍵，故1mol[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O中含有18mol σ鍵；
（4）由表中數(shù)據(jù)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(duì)應(yīng)的離子晶體的熔點(diǎn)就越高，電荷起主導(dǎo)作用；
（5）以晶胞頂點(diǎn)N原子研究，與之距離相等且最近的N原子處于面心位置；
以體心的Ti原子研究，其周圍有6個(gè)N原子，配位數(shù)為6，此6個(gè)N原子形成正八面體；
根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Ti、N原子數(shù)目，進(jìn)而計(jì)算晶胞質(zhì)量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：（1）Ti為22號(hào)元素，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²，外圍電子排布式為3d²4s²，故答案為：3d²4s²；
（2）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(gè)、羰基中的一個(gè)，共7個(gè)；
采取sp³雜化的原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)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(fù)性隨著原子序數(shù)依次增加電負(fù)性逐漸增大，所以它們的電負(fù)性關(guān)系為：O＞N＞C，
故答案為：7； O＞N＞C；
（3）配離子中含有共價(jià)鍵、配位鍵，[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O中含有6個(gè)配位鍵，也屬于σ鍵，水分子中含有2個(gè)σ鍵，故1mol[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O中含有18mol σ鍵，即σ鍵數(shù)目為18N_A，
故答案為：共價(jià)鍵、配位鍵；18N_A；
（4）離子晶體的離子半徑越小，帶電荷數(shù)越多，晶格能越大，則晶體的熔沸點(diǎn)越高，電荷起主導(dǎo)作用，則熔點(diǎn)TiN＞MgO＞CaO＞KCl，
故答案為：TiN＞MgO＞CaO＞KCl；
（5）以晶胞頂點(diǎn)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(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用．每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用，故與之距離相等且最近的N原子為$\frac{3×8}{2}$=12，
以體心的Ti原子研究，其周圍有6個(gè)N原子，配位數(shù)為6，此6個(gè)N原子形成正八面體；
根據(jù)均攤法，可知該晶胞中N原子個(gè)數(shù)為：6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，該晶胞中Ti原子個(gè)數(shù)為：1+12×$\frac{1}{4}$=4，∴晶胞的質(zhì)量m=4×$\frac{62}{{N}_{A}}$g，而晶胞的體積V=（2a×10^-7）³cm³，所以晶體的密度ρ=4×$\frac{62}{{N}_{A}}$g÷（2a×10^-7）³cm³=$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3；
故答案為：12；6；正八面體；$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-7}）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及等晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算、核外電子排布、雜化方式、電負(fù)性、晶體熔沸點(diǎn)比較等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．