钛铁合金具有吸氢特性，在制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面有广阔的应用前景．（1）基态Fe原子有个未成对电子，Fe3+的电子排布式为，在基态Ti2+中，电子占据的最高能层具有的

Question

钛铁合金具有吸氢特性，在制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面有广阔的应用前景．

（1）基态Fe原子有___个未成对电子，Fe³⁺的电子排布式为___，在基态Ti²⁺中，电子占据的最高能层具有的原子轨道数为___．
（2）液氨是富氢物质，是氢能的理想载体．下列说法正确的是___
A．NH₄⁺与PH₄⁺、CH₄、BH₄^-、ClO₄^-互为等电子体
B．相同条件下，NH₃的沸点比：PH₃的沸点高，且NH₃的稳定性强
C．已知NH₃与NF₃都为三角锥型分子，则N原子都为SP³杂化方式且氮元素的化合价都相同
（3）氮化钛熔点高，硬度大，具有典型的NaCl型晶体结构，其细胞结构如图所示：
①设氮化钛晶体中Ti原子与跟它最近邻的N原子之间的距离为r，则与该Ti原子最近邻的Ti的数目为___，Ti原子与跟它次近邻的N原子之间的距离为___，数目为___．
②已知在氮化钛晶体中Ti原子的半径为apm，N原子的半径为b pm，它们在晶体中是紧密接触的，则在氮化钛晶体中原子的空间利用率为___．
③碳氮化钛化合物在汽车制造和航天航空领域有广泛的应用，其结构是用碳原子代替氮化钛晶胞顶点的氮原子，则这种碳氮化钛化合物的化学式___．

Answer 1

（1）Fe基态原子电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，在3d轨道有4个未成对电子；Fe原子失去3个电子得电子Fe³⁺，则Fe³⁺的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；
基态Ti²⁺的电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²，最高能层为M层，M能层含有1个3s轨道、3个3p轨道和5个3d轨道，共有9个原子轨道；
故答案为：4；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；9；
（2）A．等电子体为原子数相等和价电子数相等的原子团，NH⁺₄与PH⁺₄、CH₄、BH^-₄均含有5个原子团，且价电子均为8，为等电子体，而ClO^-₄价电子数为32，不属于等电子体，故A错误；
B．分子间存在氢键的熔沸点高，相同压强时，氨气中含有氢键，PH₃中不含氢键，所以NH₃沸点比PH₃高，元素的非金属性越强，其氢化物越稳定，非金属性N比P强，所以氨气比磷化氢稳定，故B正确；
C．NH₃与NF₃分子中N原子含有3个共用电子对和一个孤电子对，所以其价层电子对是4，都采用sp³杂化，NH₃中N元素为-3价，NF₃中N元素为+3价，化合价不同，故C错误；
故答案为：B；
（3）①根据氮化钛晶体可知，在三维坐标中，每一个形成的面上有4个Ti原子，则一个12个Ti原子；Ti原子位于顶点，被8个晶胞共有，即Ti元素与跟它次近邻的N原子个数为8；Ti原子与跟它次近邻的N原子之间的距离为晶胞体对角线的一半，距离为√(3)r，
故答案为：12；8；√(3)r；
②氮化钛晶胞为面心立方密堆积，晶胞中共含有4个Ti和4个N，体积为：(4)/(3)π（a³+b³）×4，晶胞的边长为a+b，晶胞体积为（2a+2b）³，氯化钠晶体中离子的空间利用率为：((4)/(3)π(a3+b3)×4)/((2a+2b)3)=(2π)/(3)×((a3+b3))/((a+b)3)×100%；
故答案为：(2π)/(3)×((a3+b3))/((a+b)3)×100%；
③利用均摊法可知，晶胞中含有碳原子数为8×(1)/(8)=1，含有氮原子数为6×(1)/(2)=3，含有钛原子数为12×(1)/(4)=4，所以碳、氮、钛原子数之比为1：3：4，则化合物的化学式为Ti₄CN₃，
故答案为：Ti₄CN₃．