第3章 晶体结构与性质（章末检测）-2022-2023学年高二化学课时过关提优AB练（人教版2019选择性必修2）

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第三章 晶体结构与性质
章末检测
一、选择题：本题共16个小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．下列关于晶体的叙述中，不正确的是
A．晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现规则的多面体外形的性质
B．固体粉末一定不具有晶体的性质
C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性有序排列的必然结果
D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
【答案】B
【解析】A．晶体的自范性是指在适宜条件下，晶体能够自发地呈现规则的多面体外形的性质，故A不选；
B．许多固体粉末仍是晶体，具有晶体的性质，故B不选；
C．构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性有序排列，则晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性有序排列的必然结果，故C选；
D．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，具有特定的方向性，故D不选；
故选：B。
2．下列说法不正确的是
A．分子内不一定存在共价键，但分子间一定存在范德华力
B．配位数为4的配合单元一定呈正四面体结构
C．[Cu(NH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性共价键和配位键
D．冠醚是大分子环状化合物，可以识别碱金属离子
【答案】B
【解析】A．若构成物质的分子是单原子分子，则分子内不存在共价键；若是多原子分子，则物质分子内存在共价键。但无论物质分子内是否存在共价键，物质的分子间一定存在范德华力，A正确；
B．配位数为4的配合物可以为正四面体结构，也可以为平面四边形结构，B错误；
C．[Cu(NH3)4]SO4是盐，属于离子化合物，[Cu(NH3)4]2+与中以离子键结合，在阳离子[Cu(NH3)4]2+中配位体NH3分子内存在极性键N-H键，配位体NH3与中心Cu2+之间以配位键结合；在阴离子中含有极性共价键，因此[Cu(NH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性共价键和配位键，C正确；
D．冠醚与大分子环状化合物，能与正离子，尤其是与碱金属离子络合，并且随环的大小不同而与不同的金属离子络合，D正确；
故合理选项是B。
3．下列几种物质的结构示意图和化学式，正确的是
A
B
C
D




Mg3B2
Li2O
A3B9C4
Mn2Bi
【答案】B
【解析】
A．该晶胞中Mg原子个数，B原子个数=6，Mg、B原子个数之比=3：6=1：2，所以其化学式为MgB2，故A错误；
B．该晶胞中Li+个数=8、O2-个数，则Li+、O2-个数之比=8：4=2：1，所以其化学式为Li2O，故B正确；
C．该晶胞中B粒子个数、A粒子个数、C粒子个数=1，则A、B、C粒子个数之比：2：1=1：4：2，故C错误；
D．Mn原子个数、Bi原子个数为6，所以Mn、Bi原子个数之比为6：6=1：1，所以其化学式为MnBi，故D错误；
故选B。
4．下列性质符合分子晶体的是（ ）
A．熔点是1070℃，易溶于水，水溶液能导电
B．熔点是10.31℃，液态不导电，水溶液能导电
C．不能溶于水，熔点是1723℃，沸点是2230℃
D．熔点是97.81℃，质软、导电，密度是0.97g/cm3
【答案】B
【分析】分子晶体是分子间通过分子间作用力（范德华力和氢键）构成的晶体，由于范德华力和氢键，作用力小，所以分子晶体的熔沸点比较低，硬度小，以此解答该题。
【解析】A. 熔点1070℃，熔点高，不符合分子晶体的特点，易溶于水，水溶液能导电，应为离子晶体，故A不选；
B. 熔点10.31℃，熔点低，符合分子晶体的熔点特点，液态不导电，只存在分子，水溶液能导电，溶于水后，分子被水分子离解成自由移动的离子，如CH3COOH⇌CH3COO−+OH−，有自由移动的离子，就能导电，故B选；
C. 不能溶于水，熔点是1723℃，沸点是2230℃，不符合分子晶体熔沸点低的特征，故C不选；
D. 熔点97.80℃，质软、导电、密度0.97g/cm3，是金属钠的物理性质，金属钠属于金属晶体，故D不选；
故选B。
5．根据下表中的有关数据分析，下列说法错误的是

AlCl3
SiCl4
晶体硼
金刚石
晶体硅
熔点/℃
194
-70
2180
＞3500
1410
沸点/℃
181
57
3650
4827
2355
A．SiCl4、AlCl3是分子晶体
B．晶体硼是共价晶体
C．晶体硅是共价晶体
D．金刚石中的C-C键比晶体硅中的Si-Si键弱
【答案】D
【解析】A．根据表格数据可知SiCl4、AlCl3的熔沸点低，说明在晶体中构成微粒间的作用力十分微弱，由于分子间作用力比化学键弱得多，因此SiCl4、AlCl3都是分子晶体，A正确；
B．根据表格数据可知晶体硼熔沸点高，说明构成微粒的作用力很强，该物质属于共价晶体，B正确；
C．根据表格数据可知晶体硅熔沸点高，说明构成微粒的作用力很强，该物质属于共价晶体，C正确；
D．金刚石、晶体硅的熔沸点高，由于原子半径：C＜Si，键长：C-C＜Si-Si。键长越长，原子之间的共价键结合力就越弱，就越不牢固，越容易断裂，该化学键的键能就越小，故金刚石中的C-C键比晶体硅中的Si-Si键强，D错误；
故合理选项是D。
6．用NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是
A．124g白磷中含有P—P键的个数为4NA
B．12g石墨中含有C—C键的个数为2NA
C．28g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA
D．60gSiO2中含有Si—O键的个数为2NA
【答案】C
【解析】A．每个白磷（P4）分子中含有6个P-P键，n(P4)==1mol，则124gP4含有P-P键的数为6NA，A错误；
B．石墨中每个C原子与其它3个C原子成键，平均每个C原子成键数目为3×=1.5个，12g石墨含C原子的物质的量为1mol，C-C键的个数为1.5NA，B错误；
C．晶体Si中每个Si都与另外4个Si相连，平均每个Si原子成键数目为4×=2个，28g晶体硅中含Si原子的物质的量为1mol，则含有Si—Si键的个数为2NA，C正确；
D．SiO2中每个Si原子与4个O原子成键，60SiO2的物质的量为1mol，含Si-O键的个数为4 NA，D错误；
故选C。
7．SiS2的无限长链状结构截取部分如图所示。下列说法不正确的是

A．92gSiS2中含有4mol共价键 B．SiS2为原子晶体
C．SiS2的熔沸点比CS2高 D．SiS2水解产生H2S
【答案】B
【解析】A．由无限长链状结构截图可知，SiS2中每个硅原子与4个硫原子形成4个硅硫键，则92gSiS2中含有共价键的物质的量为×4=4mol，故A正确；
B．SiS2的空间结构不是空间网状结构，则SiS2不是原子晶体，是分子晶体，故B错误；
C．SiS2与CS2为结构相似的分子晶体，SiS2的 相对分子质量大于CS2，分子间作用力大于CS2，熔沸点比CS2高，故C正确；
D．SiS2能与水发生水解反应生成H2SiO3和H2S，故D正确；
故选B。
8．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元。下列有关说法正确的是

A．磷化硼的化学式为
B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电
C．磷化硼晶体属于共价晶体
D．磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力
【答案】C
【解析】A．由磷化硼的晶胞结构可知，P位于晶胞的顶点和面心，数目为，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为，A错误；
B．磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B错误；
C．由磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料可知磷化硼晶体属于共价晶体，C正确；
D．磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D错误；
故答案选C。
9．下列有关晶体及配合物结构和性质的判断错误的是
选项
结构和性质
相应判断
A
贵金属磷化物Rh2P可用作电解水的高效催化剂，其立方晶胞如图所示
该晶体中磷原子的配位数为8
B
配离子[Co(NO2)6]3-可用于检验K+的存在
该离子的配体是NO2
C
GaN、GaP、GaAs都是良好的半导体材料，晶体类型与碳化硅晶体类似
GaN、GaP、GaAs的熔点依次降低
D
氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一
分子中存在配位键，提供空轨道的原子是硼原子
【答案】B
【解析】A．根据晶胞结构可知，以顶面面心P原子为例，该晶胞中有4个Rh原子距离其最近，该晶胞上方晶胞中还有4个，所以晶体中与P距离最近的Rh的数目为8，则该晶体中磷原子的配位数为8，故A正确；
B．配离子[Co(NO2)6]3-的配体为，故B错误；
C．GaN、GaP、GaAs都是良好的半导体材料，晶体类型与碳化硅晶体类似，属于共价晶体，N、P、As原子半径依次增大，因此GaN、GaP、GaAs的键长依次增大，键能依次减小，熔沸点依次降低，故C正确；
D．氨硼烷(NH3BH3)分子中，B原子有空轨道，NH3中N原子有1对孤电子对，N原子提供孤电子对与B原子形成配位键，因此提供空轨道的原子是硼原子，故D正确；
答案选B。
10．下列的排序不正确的是
A．晶体熔点由低到高：CF4 ＜ CCl4 ＜ CBr4 ＜ CI4
B．沸点由高到低：Na＞Mg＞Al
C．硬度由大到小：金刚石 ＞ SiC ＞晶体硅
D．晶格能由大到小： MgF2＞ NaCl ＞ NaBr
【答案】B
【解析】A．卤素元素碳化物都属于分子晶体，其熔点与相对分子质量成正比，则熔点：CF4 ＜ CCl4 ＜ CBr4 ＜ CI4，A正确；
B． 金属晶体中，原子半径小、电荷高的熔沸点高，则沸点：Na C．原子晶体中，化学键的键长与键能成反比，键能与硬度成正比，由于键长：C-C D．离子晶体中晶格能大小与原子半径成反比、与电荷成正比，卤族元素中，离子半径随原子序数增大而增大，则晶格能：MgF2＞ NaCl ＞ NaBr，D正确；
故选：B。
11．黄铜矿(CuFeS2)是炼铜的最主要矿物，火法冶炼黄铜矿的过程中，其中一步反应是2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑，Cu2O晶胞如图所示。下列说法错误的是

A．氧化剂为Cu2O和Cu2S，氧化产物为Cu
B．该晶胞中白球代表铜原子、黑球代表氧原子
C．每生成0.5molSO2，转移3mol的电子
D．还原产物与氧化产物的物质的量之比为6∶1
【答案】A
【解析】A．该反应中Cu2O和Cu2S中的Cu元素化合价均降低，为氧化剂，S元素化合价升高生成SO2，为氧化产物，Cu为还原产物，A错误；
B．根据均摊法，白球的个数为4，黑球的个数为+1=2，白球：黑球=2：1，所以白球代表铜原子、黑球代表氧原子，B正确；
C．该反应中SO2为唯一氧化产物，根据S元素化合价的变化可知，每生成0.5molSO2，转移6×0.5mol=3mol的电子，C正确；
D．SO2为氧化产物，Cu为还原产物，根据方程式可知还原产物与氧化产物的物质的量之比为6∶1，D正确；
综上所述答案为A。
12．金属晶体的堆积方式、空间利用率和配位数关系正确的是
A．钋Po——简单立方堆积——52%——6
B．钠Na——钾型——74%——12
C．锌Zn——镁型——68%——8
D．银Ag——铜型——74%——8
【答案】A
【解析】根据常见金属晶体的堆积模型，简单立方体堆积只有Po；钾型有Na、K、Fe等，空间利用率68%，配位数8，故B项错误；镁型有Mg、Zn、Ti等，空间利用率为74%，配位数12，故C项错误；铜型有Cu、Ag、Au等，空间利用率为74%，配位数12，故D项错误。
13．甲、乙、丙三种离子晶体的晶胞如图所示，下列说法正确的是

A．甲的化学式(X为阳离子)为XY
B．乙中A、B、C三种微粒的个数比是1:3:1
C．丙是CsCl晶体的晶胞
D．乙中与A距离最近且相等的B有8个
【答案】B
【解析】A．据图可知，Y位于立方体的4个顶点，根据均摊法，Y的个数为4×=，X位于体心，X的个数为1，X和Y的个数比为2:1，所以甲的化学式为X2Y，故A错误；
B．据图可知，A位于8个顶点，根据均摊法，A的个数为8×=1，B位于6个面心，B的个数为6×=3，C位于体心，个数为1，则A、B、C的个数比为1:3:1，故B正确；
C．在CsCl晶胞里，Cl－作简单立方堆积，Cs＋填在立方体空隙中，正负离子配位数均为8，所以丙不是CsCl的晶胞，丙是NaCl的晶胞，故C错误；
D．乙中A位于立方体的顶点，B位于面心，在以A为中心的3个平面的4个顶点的B都和A距离相等且距离最近，所以这样的B有12个，故D错误；
故选B。
14．钴的一种化合物的晶胞结构如图所示，已知A点的原子坐标参数为(0，0，0)，B点为(，0，)，下列说法中错误的是

A．配合物中Co2+价电子排布式为3d7
B．距离Co2+最近且等距的O2-的数目为6
C．C点的原子坐标参数为(，，)
D．该物质的化学式为TiCoO2
【答案】D
【解析】A．钴元素的原子序数为27，钴原子的价电子排布式为3d74s2，则配合物中Co2+离子的价电子排布式为3d7，故A正确；
B．由晶胞结构可知，距离Co2+最近且等距的O2-的数目为6，故B正确；
C．由A点的原子坐标参数为(0，0，0)，B点为(，0，)可知，晶胞的边长为1，C点位于体心，则原子坐标参数为(，，)，故C正确；
D．由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的Ti4+离子的个数为8×=1，位于体心上的Co2+离子的个数为1，位于面心上的O2—离子的个数为6×=3，则该物质的化学式为TiCoO3，故D错误；
故选D。
15．某紫色配离子的结构如图所示。下列说法不正确的是

A．该配离子与水分子可形成氢键
B．该配离子中铜离子的配位数是4
C．基态Cu原子的价层电子排布式是3d104s1
D．该配离子中铜元素的价态为+1价
【答案】D
【解析】A．该配离子中氮、氧元素的电负性较强且直接与氢原子相连，能与水分子形成氢键，A正确；
B．由该粒子的结构可知，铜离子与2个氧、2个氮结合，配位数是4，B正确；
C．铜为29号元素，位于第四周期ⅠB族，基态Cu原子的价层电子排布式是3d104s1，C正确；
D．该配离子整体带2个单位负电荷，2个铜周围直接相连2个-OH、4个-NH-，则铜元素的价态为+2价，D错误；
故选D。
16．我国科学家制得了超分子纳米管，微观结构如图所示。下列叙述正确的是

A．与干冰的晶体结构相似
B．耐腐蚀，不与任何酸反应
C．该超分子纳米管具有分子识别和自组装特征
D．光纤的主要成分是，具有导电性
【答案】C
【解析】A．是共价晶体而干冰是分子晶体，晶体结构不相似，A项错误；
B．耐腐蚀，但可与氢氟酸反应，B项错误；
C．超分子的两个重要特征是分子识别和自组装，C项正确；
D．光纤的主要成分是，二氧化硅不导电，D项错误。
故选：C。
二、非选择题：包括第17题~第20题4个大题，共52分。
17．（12分）铜元素及其化合物在生产实际中有许多重要用途。磷化铜(Cu3P2)常用于制造磷青铜(含少量锡、磷的铜合金)。请回答下列有关问题：
(1)现代化学中，常利用_______上的特征谱线来鉴定元素。
(2)铜晶体中铜原子的堆积方式如图所示，铜晶体中原子的堆积模型属于_____。

(3)基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为______；该能层中具有的能量最高的电子所在能级有_____个伸展方向，原子轨道呈_____形。
(4)磷化铜与水反应产生有毒的磷化氢(PH3)气体，PH3分子的空间构型为____；P、S的第一电离能(I1)的大小为I1(P)______I1(S)(填“＞”“＜”或“＝”)；PH3的沸点______(填“高于”或“低于”)NH3的沸点，原因是______。
(5)磷青铜晶体的晶胞结构如图所示，该晶体中P原子位于由铜原子形成的______的空隙中。若晶体密度为agcm-3，则P与最近的Cu原子的核间距为______nm(用含NA的代数式表示)。

【答案】原子光谱 面心立方最密堆积 M 3 哑铃 三角锥形 > 低于 NH3分子间能形成氢键，而PH3不能 正八面体 ××107
【解析】(1)光谱分析是利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，所以现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，故答案为：原子光谱；
(2)由图可知，铜晶体中原子的堆积模型属于面心立方最密堆积，故答案为：面心立方最密堆积；
(3)基态磷原子核外有三层电子，故最高能层符号为M，能量最高的电子在3p能级，在空间有3个伸展方向，原子轨道为哑铃形，故答案为：M；3；哑铃；
(4)N、P为同主族元素，和NH3的分子构型相同，NH3为三角锥形，则PH3为三角锥形；第一电离能在同周期中随原子序数的递增，有增大的趋势，但核外电子排布满足全充满或半充满状态时，第一电离能大于其后面的元素的第一电离能，故I1(P)>I1(S)；氢键为分子间的作用力，对物质的熔沸点影响较大，氨分子间存在氢键，磷化氢中无氢键，则磷化氢的沸点低于氨，故答案为：三角锥形；>；低于；NH3分子间能形成氢键，而PH3不能；
(5)观察磷青铜晶体的晶胞结构，Cu原子位于正方体的六个面的中心位置，形成正八面体的结构；P原子与最近的Cu原子之间的距离为：棱长，Sn原子：8×=1，Cu原子：6×=3，P为1，化学式为：SnCu3P，摩尔质量为：342g/mol，1mol时的体积为：，晶胞的体积为：，棱长=cm，P与最近的Cu原子的核间距为××107nm，故答案为：正八面体；××107；
18．（14分）国务院批复通过的《全国矿产资源规划(2016-2020年)》中，首次将萤石等24种矿产列入战略性矿产目录。萤石为氟化钙的俗名，其重要用途是生产氢氟酸。
(1)基态F原子核外电子共有_______种运动状态，基态的最外层电子轨道表示式为_______。
(2)实验室制氟化氢是用萤石与浓硫酸反应，但该反应不可以在玻璃器皿中进行，请用化学反应方程式解释原因：_______。该反应涉及的元素电负性最大的是_______(用元素符号表示)。该反应的产物之一会与反应物继续反应生成，则分子的中心原子价电子对数为_______。
(3)与熔点比较低的物质是_______，原因是_______。晶胞如图，每个周围距离最近且相等的F-有_______个。在晶体中的离子半径为，F-的离子半径为；则的密度为_______(设阿伏加德罗常数的值为)

【答案】9 F 6 二者均为离子晶体，半径大于，则的晶格能小于的晶格能 8
【解析】(1)基态F原子含有9个核外电子，每个电子的运动状态不同，则有9种运动状态；基态的电子排布式为，最外层为第三层，则最外层电子轨道表示式为；
(2)氢氟酸能与二氧化硅反应生成四氟化硅气体和水，化学方程式为；反应涉及的元素有H、O、F、Si，电负性最大的为F；与中心原子价电子对数相同，则中心原子的孤电子对数，无孤电子对，只含有6个σ键，则中心原子价电子对数为6；
(3)与均为离子晶体，，离子半径越小，格晶能越大，熔点越高，则的熔点较低；根据晶胞结构图可知，每个周围距离最近且相等的有8个；在顶点和面心，个数为，在晶胞内，个数为8，根据晶胞结构，体对角线长为，则，。
19．（14分）东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题：
(1)硫酸镍溶于氨水形成蓝色溶液。
①中阴离子的立体构型是_______。
②在中存在哪些化学键_______。
A．离子键       B．配位键       C．金属键       D．极性共价键
③、、的沸点由高到低的顺序为_______(填化学式，下同)，还原性由强到弱的顺序为_______，键角由大到小的顺序为_______。
(2)丁二酮肟是检验的灵敏试剂。丁二酮肟分子()中C原子轨道杂化类型为_______，1mol丁二酮肟分子所含键的数目为_______。
(3)配合物常温下为液体，易溶于、苯等有机溶剂。中与的原子形成配位键。不考虑空间构型，的结构可用示意图表示为_____(用“→”表示出配位键)。
(4)①氨硼烷()分子中，化学键称为_______键，其电子对由_______原子提供。分子中，与原子相连的呈正电性()，与原子相连的呈负电性()，组成元素电负性大小顺序是_______。与原子总数相等的等电子体是_______(写分子式)。
②氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：，的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由_______变为_______。
【答案】(1)  正四面体形     BD     >>     >>     NH3>PH3>AsH3
(2)  sp3、sp2     15NA
(3)
(4)     配位     N     N>H>B     CH3CH3     sp3     sp2
【解析】(1)①阴离子中心原子的价层电子对为4，根据价层电子对互斥理论可知其立体构型为：正四面体形；
②Ni2+与NH3之间是配位键，氨分子中的N-H键是极性共价键，故答案为：BD；
③这三种物质都是分子晶体，其中可形成分子间氢键，沸点最高；分子量大，沸点较高；故沸点：>>；非金属性越弱，其氢化物的还原性越强，即还原性：>>；NH3、PH3、AsH3的中心原子都是sp3杂化，均形成3对共用电子对和一对孤电子对，中心原子的电负性越小，成键电子对之间的斥力越小，键角越小，且原子半径：As>P>N， 键长：As-H>P-H>N-H，则成键电子对之间的排斥力由强到弱的顺序为NH3>PH3>AsH3，所以这三种物质的键角由大到小的顺序为NH3>PH3>AsH3。
(2)丁二酮肟分子中甲基上碳原子价层电子对个数是4，且不含孤电子对，为sp3杂化，连接甲基的碳原子含有3个价层电子对，且不含孤电子对，为sp2杂化，所以丁二酮肟分子中C原子轨道杂化类型为sp3、sp2；已知丁二酮肟的结构式为，1个分子中含有13个单键和2个双键，则共含有15个键，所以1mol丁二酮肟含有键的数目为15NA。
(3)在结构中Ni是中心原子，CO是配体，且C和O相比，C的电负性较小，故C是配位原子，则其结构可用表示为：。
(4)①B原子最外层有3个电子，与3个H原子形成3个共价键，N原子上有1对孤电子对，N与B原子通过配位键结合形成N—B化学键；其电子对由N原子单方面提供而与B原子共用；在NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性，说明元素的非金属性：N>H；而与B原子相连的H呈负电性，说明元素的非金属性：H>B；所以元素的非金属性：N>H>B；元素的非金属性越强，其电负性就越大，所以三种元素的电负性大小顺序是：N>H>B；等电子体原子数相同，原子的价电子总数也相同，与NH3BH3原子总数相等的等电子体是CH3CH3；
②NH3BH3分子中，B原子的价层电子对数为4，故其杂化方式为sp3， NH3BH3在催化剂的作用下水解生成氢气和，由图中信息可知，中每个B原子只形成3个σ键，六元环上6个原子形成一个大π键，所以其中的B原子的杂化方式为sp2，因此B原子的杂化轨道类型由sp3变为sp2。
20．（12分）铁及其化合物是日常生活生产中应用广泛的材料，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．请回答下列问题：
(1)基态铁原子的价层电子的轨道表示式(电子排布图)为___________；在基态中，电子占据的最高能层具有的原子轨道数为___________．
(2)铁元素常见的离子有和两种，稳定性：____(填“强于”或“弱于”)，原因是____．
(3)氮化钛熔点高，硬度大，具有典型的型晶体结构，其晶胞结构如图所示．

①设氮化钛晶体中原子与跟它最邻近的N原子之间的距离为r，则晶胞内与该原子最邻近的原子的数目为_________；原子与跟它次邻近的N原子之间的距离为___________．
②已知在氮化钛晶体中原子的半径为，N原子的半径为，它们在晶体中是紧密接触的，则在氮化钛晶体中原子空间利用率为______________(用含a、b的代数式表示)．
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为_____________．
【答案】 9 弱于 基态的价层电子排布为，基态的价层电子排布为，的3d轨道为半充满状态，较稳定 12
【解析】(1)Fe元素的原子序数为26，其基态原子核外电子排布式为，则价层电子的轨道表示式(电子排布图)为；基态核外有20个电子，电子排布式为，最高能层为M层，电子占据的M层具有的原子轨道数为9；
(2)基态的价层电子排布为，基态的价层电子排布为，的3d轨道为半充满状态，较稳定，则稳定性：弱于；
(3)①根据氮化钛晶体晶胞结构示意图可知，有1个Ti原子位于体心，在三维坐标系中，体心Ti原子可以形成3个面，每一个面上有4个Ti原子，则该Ti原子最邻近的Ti原子的数目为；截取晶胞内小立方体如图，可知小立方体顶点Ti原子与体对角线另一端的N原子次邻近，Ti原子与跟它最邻近的N原子之间的距离为r，则跟它次邻近的N原子之间的距离为；
②氮化钛晶胞中N原子位于晶胞顶点和面心，Ti原子位于棱心和晶胞内部，每个晶胞中含有的N原子个数为，含有的Ti原子个数为，N原子和Ti原子的体积之和为，晶胞的边长为，体积为，则在氮化钛晶体中原子空间利用率为；
③利用均摊法可知，晶胞中含有碳原子数为，含有氮原子数为，含有钛原子数为，则碳氮化钛化合物的化学式为。