Question

氮化钛广泛用于耐高温、耐磨损及航空航天等领域。一种氮化钛的制备反应为：6TiCl₄＋8NH₃ = 6TiN＋24HCl＋N₂ ，回答下列问题：

（1）钛在元素周期表中的位置为_____________，基态Ti原子价层电子的轨道表达式为________。

（2）氮可与其他元素形成正离子，如NH₄Cl中的NH₄⁺，N₂O₅中的NO₂⁺。组成这两种正离子的元素中第一电离能由小到大的顺序为____________；NH₄⁺的空间构型为___________；NO₂⁺中氮原子的杂化形式为_______，其中σ键与π键的数目比为_________。

（3）四氯化钛晶体的熔点为-23 ℃，沸点为136 ℃，则TiCl₄晶体的类型为___________，该晶体中微粒之间的作用力为___________。

（4）一种TiN金黄色晶体晶胞结构与NaCl相同（如图），该晶胞中N原子数目为_______；该氮化钛的密度为5.4 g/cm³，则其晶胞参数a＝___________ pm（用N_A表示阿伏加德常数的数值，只列算式）。

Answer

第4周期ⅣB族 H＜O＜N 正四面体 sp 1:1 分子晶体 范德华力 4 ×1010

【解析】

(1)Ti原子为22号元素，Ti位于第四周期IV B族，基态原子价层电子排布式为3d24s2，其价层电子的轨道表达式为；

(2)组成这两种正离子的元素为H、N、O，根据元素周期律，同周期元素从左向右第一电离能增大，但第ⅤA族的元素由于最外层处于半满状态，是一种稳定结构，所以第一电离能高于相邻的同周期其它元素，所以N、O、H第一电离能由小到大的顺序是H＜O＜N；NH4+中心原子N有4个相同的σ键，属于sp3杂化，NH4+的空间构型为正四面体形；NO2+中氮原子价层电子对数为2，没有孤电子对，N的杂化方式为sp杂化，分子为直线形，形成两个氮氧双键，所以σ键与π键的数目比为1：1；

(3)分子晶体的熔沸点较低，该物质熔沸点较低，属于分子晶体，微粒间作用力为分子间作用力；

(4)TiN中Ti和N原子数目之比为1：1，结构与NaCl相同，该晶胞中N原子数目为8×+6×=4，Ti原子数目为12×+1=4，晶胞质量m=，晶胞体积V=a3=，所以a=。