Question

【題目】地球表面十公里厚的地層中，含鈦元素達千分之六，比銅多61倍，金屬鈦(Ti)被譽為21世紀金屬，其單質和化合物具有廣泛的應用價值。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(如下圖)。

圖中的M是短周期金屬元素，M的部分電離能如下表:

	I1	I2	I3	I4	I5
電離能/(kJ·mol-1)	738	1451	7733	10 540	13 630

請回答下列問題：

⑴TiO2為離子晶體，己知晶體中陽離子的配位數為6，陰離子的配位數為3，則陽離子的電子排布式為___________

⑵金屬Ti與金屬M的晶體原子堆積模式相同，其堆積模型為_________（填寫堆積模型名稱)，晶體中原子在二維平面里的配位數為_____________

⑶室溫下TiCl4為無色液體，沸點為136.4℃，由此可知其晶體類型為__________，構成該晶體的粒子的空間構型為_____________

(4)有一種氮化鈦晶體的晶胞與NaCl晶胞相似，如下圖所示，已知該氮化鈦的密度為pg·cm-3，則該晶胞中N、Ti之間的最近距離為_____ pm，（NA為阿伏加德常數的數值，只列算式）。該晶體中與Ti原子距離相等且最近的Ti原子有___________個。

(5)科學家通過X射線探明KC1、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如下：

離子晶體	NaCl	KC1	CaO
晶格能/(kJ·mol-1)	786	715	3401

KC1、CaO、TiN三種離子晶體硬度由低到該的順序為_____________

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p6 六方最密堆積 6 分子晶體 正四面體 12 KCl<CaO<TiN

【解析】本題考查選修三《物質結構與性質》，從基礎知識入手，（1）Ti是陽離子，Ti是22號元素，因此Ti4＋的電子排布式為：1s22s22p63s23p6；（2）根據金屬M的電離能，在第二電離能到第三電離能發生突變，說明最外層有2個電子，M是短周期金屬元素，根據部分電離能，推出是Mg，金屬Ti與Mg的晶體原子堆積模式相同，因此堆積模式為六方最密堆積，二維平面里的配位數為6；（3）TiCl4為無色液體，且沸點較低，符合分子晶體的特點，因此TiCl4屬于分子晶體，空間構型為正四面體；（4）根據晶胞的結構，最近N和Ti的位置是棱長的一半，設棱長為apm，晶胞中Ti位于棱上和體心，個數為12×1/4＋1=4，N位于面心和頂點，個數為8×1/8＋6×1/2=4，化學式為TiN，晶胞的質量為4×62/NAg，晶胞的體積為(a×10－10)3cm3，根據密度的定義求的Ti和N的最近距離是，根據晶胞的結構，距離Ti最近的Ti上面有四個，同一平面的有4個，下面有4個，共有12個；（5）晶格能越大，硬度越大，晶格能與陰陽離子所帶電荷數以及陰陽離子的半徑有關，所帶電荷數越多，半徑越小，晶格能越大，硬度越大，即KCl<CaO<TiN。