【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

【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

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【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   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(NA为阿伏加德常数的数值,只列算式)。

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

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+MgCl;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/NA/(2a×10-10)3= g.cm-3
举一反三
(15分)氮的化合物在无机化工领域有着重要的地位。请回答下列问题:
(1)基态氮原子的价电子排布图为______。氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成:已知其阴离子构型为平面正三角形,则其阳离子的构型为       形,阳离子中氮的杂化轨道类型为      
(2)某氮铝化合物X具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质,广泛用于陶瓷工业等领域。工业上用氮气与氧化铝和碳在一定条件下反应生成X和CO,X的晶体结构如图所示,工业制备X的化学方程式为____。

(3)X晶体中包含的化学键类型为______。(填字母标号)
A.离子键B.共价键C.配位键D.金属键
(4)已知氮化硼与X晶体类型相同,且氮化硼的熔点比X高,可能的原因是______
(5)若X的密度为pg/cm3,则晶体中最近的两个N原子的距离为______cm(阿伏加德罗常数用NA表示,不必化简)。
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(15分)
已知:(1)测定土壤中铁的含量时需先将三价铁还原为二价铁,再采用邻啡罗啉作显色剂,用比色法测定,若土壤中含有高氯酸盐时会对测定有干扰。相关的反应如下:

4FeCl3+2NH2OH·HCl4FeCl2+N2O↑+6HCl+H2O
 ①Fe2+在基态时,价层电子排布式    。 ②羟胺(NH2OH)中N原子的杂化方式            。
 ③Fe2+与邻啡罗啉形成的配合物中,配位数为       
(2)硫酸铜晶体的化学式也可以表达为Cu(H2O)4SO4·H2O晶体,该晶体中含有的化学键类型是    
(3)多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐,其主要包括砷化镓、硫化镉、磷化镓及铜锢硒薄膜电池等。  其中元素P、As、Se第一电离能由小到大的顺序为:           
     
 图1             图2         
(4)① 有机太阳能固体电池材料含有高纯度C60,其结构如图1,则1 mol C60分子中π键的数目为     ,C60的晶胞结构如图2,则其配位数为_______若此晶胞的密度为ρg/cm3则两个最近C60间的距离为________cm(列式表达,已知阿伏伽德罗常数为NA
② 如果把晶胞顶点与最近三个面心所围成的空隙叫做四面体空隙,第四周期电负性最小的原子可作为容体掺入C60晶体的空隙中,形成具有良好的超导性的掺杂C60化合物。若每个四面体空隙填入一个原子,则全部填满C60晶体的四面体空隙后,所形成的掺杂C60化合物的化学式为     
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(15分)X、Y、Z、Q、W为按原子序数由小到大排列的五种短周期元素,已知:
①X元素与Q处于同一主族,其原子价电子排布式都为ns2np2,且X原子半径小于Q的。
②Y元素是地壳中含量最多的元素;W元素的电负性略小于Y元素,在W原子的电子排布中,p轨道上只有1个未成对电子。
③Z元素的电离能数据见下表(kJ·mol-1):
I1
I2
I3
I4

496
4562
6912
9540

 
请回答:
(1)XY2分子空间构型为             ,X原子的轨道杂化方式为           ;QX的晶体结构与金刚石的相似,其中X原子的杂化方式为       ,微粒间存在的作用力是          
(2)晶体ZW的熔点比晶体XW4明显高的原因是                       
(3)氧化物MO的电子总数与QX的相等,则M为______________(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料,其晶体结构与ZW晶体相似。MO的熔点比CaO的高,其原因是_________________________。

(4)ZW晶体的结构示意图如右图。已知:ρ(ZW)=2.2 g·cm-3,NA=6.02×1023mol-1,则ZW晶体中两个最近的Z离子中心间的距离为               
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(15分)已知:A、B、C、D、E、F六种元素核电荷数依次增大,属周期表中前四周期的元素。其中A原子核外有三个未成对电子;化合物B2E的晶体为离子晶体,E原子核外的M层中只有两对成对电子;C元素是地壳中含量最高的金属元素;D单质的熔点在同周期元素形成的单质中最高;F能形成红色(或砖红色)的F2O和黑色的FO两种氧化物。
回答下列问题:
(1)F的原子的M层电子排布式为                           
(2)B、C、D的第一电离能由小到大的顺序为                   。(用元素符号表示)
(3)A的简单氢化物分子极易溶于水,其主要原因是                                 .
(4)E的最高价氧化物分子的空间构型是                。其中心原子的杂化方式为          
(5)F的高价离子与A的简单氢化物形成的配离子,配位数为       
(6)A、F形成某种化合物的晶胞结构如图所示,则其化学式为       ;(黑色球表示F原子),已知紧邻的白球与黑球之间的距离为a cm, 该晶胞的密度为             g/cm3
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[化学一选修3:物质结构与性质](15分)
(1)原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素,其中X是元素周期表原子半径最小的元素,Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍,Z原子基态时2p原子轨道上有3个未   成对的电子,w的原子序数为29。回答下列问题:
①Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为_________,1molY2X2含有键的数目为____    __________________.
②化合物ZX3的沸点比化台物YX4的高,其主要原因是_____________。
③元素Y的一种氧化物与元素z的一种氧化物互为等电子体,元素z的这种氧化物的分子式是_____________。
(2)铁元素能形成多种配合物,如:Fe(CO)x
①基态Fe3的M层电子排布式为___________________________。
②配合物Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18.则x=_________。常温下呈液态,熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe(CO)x晶体属于
(填晶体类型):
(3)O和Na形成的一种只含有离子键的离子化合物的晶胞结构如图,距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体为_________。已知该晶胞的密度为 g/cm,阿伏加德罗常数为,求晶胞边长a=________cm。(用含的计算式表示)

(4)下列有关的说法正确的是_____________。
A.第一电离能大小:S>P>Si
B.电负性顺序:C<N<O<F
C.因为晶格能Ca0比KCl高,所以KCl比CaO熔点低
D.SO2与CO2的化学性质类似,分子结构也都呈直线型,相同条件下SO2的溶解度更大
E.分子晶体中,共价键键能越大,该分子晶体的熔沸点越高
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