Question

金属钛(Ti)被誉为21世纪金属，具有良好的生物相容性。它兼具铁的高强度和铝的低密度。其单质和化合物具有广泛的应用价值。氮化钛(Ti₃N₄)为金黄色晶体，由于具有令人满意的仿金效果，越来越多地成为黄金的代替品。以TiCl₄为原料，经过一系列反应可以制得Ti₃N₄和纳米TiO₂(如图1)。

请回答下列问题：

(1)Ti的基态原子价电子排布式图(轨道表示式)_______________；

(2)N₂的电子式为_______________；

(3)TiCl₄在热水中水解除了生成H₂TiO₃还有一种气体，该气体的沸点比HF的沸点_______________(填“高”或“低”)，原因是_______________；

(4)纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，纳米TiO₂催化的一个实例如图2所示。化合物甲的分子中碳原子采取的杂化方式是_______________，化合物乙中采取sp³方式杂化的所有原子对应的元素的第一电离能由大到小的顺序为_______________；

(5)有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图3所示，该晶胞中N、Ti之间最近距离为apm，则该氮化钛的密度为_______________g·cm^-3(N_A为阿伏加德罗常数的值，只列计算式)。该晶体中与Ti原子距离相等且最近的T'i原子有_______________个。

Answer

低 HF分子间存在氢键 sp3、sp2 N＞O＞C 12

【解析】

(1)Ti原子核外电子数为22，根据能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写；

(2)氮气中存在3对共用电子对，氮原子最外层达到8个电子；

(3)TiCl4在热水中水解除了生成H2TiO3还有一种气体，根据物料守恒，该气体为HCl，含有分子间氢键的物质熔沸点更高；

(4)甲分子中苯环和碳氧双键为平面结构，甲分子中还含有甲基以及与羟基直接相连的碳原子，这两个碳原子具有类似甲烷的四面体结构，据此分析判断，其碳原子杂化类型；乙中采取sp3杂化的原子有C、N、O，同一周期元素中，元素第一电离能随着原子序数依次增加呈逐渐增大的趋势，注意原子最外层电子排布情况；

(5)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=计算晶胞密度；以晶胞体心的T'i原子研究，与之距离相等且最近的Ti原子处于棱上。

(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，Ti的基态原子价电子排布图(轨道表示式)；

(2)氮气中存在氮氮三键，氮气的电子式为；

(3)TiCl4在热水中水解除了生成H2TiO3还有一种气体，根据物料守恒，该气体为HCl，HCl和HF为结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高，由于HF分子间存在氢键，沸点较高，则HCl沸点比HF的沸点低；

(4)甲分子中苯环和碳氧双键为平面结构，其碳原子采取sp2杂化，甲分子中还含有甲基以及与羟基直接相连的碳原子，这两个碳原子具有类似甲烷的四面体结构，其中的碳原子形成4个σ键，无孤对电子，其碳原子采取sp3杂化；乙中采取sp3杂化的原子有C、N、O，同一周期元素中，元素第一电离能随着原子序数依次增加呈逐渐增大的趋势，氮原子2p能级处于半充满状态，结构稳定，其第一电离能比相邻元素的大，所以它们的第一电离能由大到小的顺序为：N＞O＞C；

(5)根据均摊法，可知该晶胞中N原子个数为：6×+8×=4，该晶胞中Ti原子个数为：1+12×=4，则晶胞的质量m=4×g，该晶胞中N、Ti之间最近距离为apm，则晶胞的边长为2apm，晶胞的体积V=(2a×10−10)3cm3，所以晶体的密度ρ= g·cm−3；以晶胞体心的T'i原子研究，与之距离相等且最近的Ti原子处于棱上，共有12个。