Question

【化学—选修3：物质结构与性质】（15分）
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代替品。以TiCl₄为原料，经过一系列反应（如图所示），可以制得Ti₃N₄和纳米TiO₂请回答下列问题：

（1）反应①为置换反应，写出该反应的化学方程式           ；TiCl₄分子中4个氯原子不在同一平面上，则TiCl₄的空间构型为               。
（2）元素周期表中Ti元素位于第   周期   族。与Ti相邻的元素Zr的基态原子外围电子排布式为       ，
（3）纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，纳米Ti0₂催化的一个实验如图所示。

化合物甲的分子中采取sp²方式杂化的碳原子个数为        ，化合物乙中采取sp³杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为          。
（4）有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该氮化钛晶胞中含有        个N原子，晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，则该氮化钛的密度为      g．cm^－3（N_A为阿伏加德常数的数值，只列算式）。

Answer 1

（除第(2)题每空1分，其余每空2分，共15分）
（1）2Mg＋TiCl₄Ti+MgCl₂ 正四面体
（2）四、IVB    4d²5S²
（3）7     N＞O＞C
（4）4      

试题分析：（1）反应①为置换反应，镁置换钛，所以化学方程式为2Mg＋TiCl₄Ti+MgCl₂ ；TiCl₄的价层电子对数="4+1/2(4-4×1)=4," TiCl₄分子中4个氯原子不在同一平面上，所以TiCl₄的空间构型为正四面体型；
（2）元素周期表中Ti元素位于第四周期第IVB族，Zr与Ti同族，在Ti的下一周期，所以外围电子排布式与Ti相似，为4d²5s²
（3）采取sp²方式杂化的碳原子周围有3个共价单键，所以甲中的苯环中有6个，-C=O中的1个，共7 个sp²方式杂化的碳原子；根据杂化轨道的判断方法，化合物乙中采取sp³杂化的原子，包括C原子，羟基中的O原子和氨基的N原子，N原子的2p轨道为半充满状态，所以第一电离能最大，C原子的第一电离能最小，所以三者的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C；
（4）N原子位于立方体的8个顶点和6个面的面心位置，所以晶胞中N原子的个数=8×1/8+6×1/2=4个；Ti原子位于12条棱的中点和立方体的中心，所以晶胞中Ti原子的个数=12×1/4+1=4个；晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，则晶胞的棱长为2apm=2a×10^-10cm，则该氮化钛的密度为4×62/N_A/(2a×10^-10)³= g．cm^－3