《晶體例題》PPT課件.pptVIP

例題1 2004年全國高中學(xué)生化學(xué)競賽 省級賽區(qū) 第2題 4分 2004年7月德俄兩國化學(xué)家共同宣布 在高壓下氮氣會發(fā)生聚合得到高聚氮 這種高聚氮的N N鍵的鍵能為160kJ mol N2的鍵能為942kJ mol 晶體結(jié)構(gòu)如圖所示 在這種晶體中 每個氮原子的配位數(shù)為 按鍵型分類時 屬于晶體 這種固體的可能潛在應(yīng)用是 這是因為 答案 答案 3 原子晶體 炸藥 或高能材料 高聚氮分解成N2釋放大量能量 各1分 例題2 題目 經(jīng)X射線分析鑒定 某一離子晶體屬于立方晶系 其晶胞參數(shù)a 403 lpm 晶胞頂點位置為Ti4 所占 體心位置為Ba2 所占 所有棱心位置為O2 所占 請據(jù)此回答或計算 1 用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)表達請離子在晶胞中的位置 2 寫出此晶體的化學(xué)式 3 指出晶體的點陣型式和結(jié)構(gòu)基元 4 指出Ti4 的氧配位數(shù)和Ba2 的氧配位數(shù) 5 計算兩種正離子的半徑值 O2 半徑為140pm 6 Ba2 和O2 聯(lián)合組成哪種型式的堆積 7 O2 的配位情況怎樣 解答 1 Ti4 0 0 0 Ba2 1 2 1 2 1 2 O2 1 2 0 0 0 1 2 0 0 0 1 2 2 BaTiO3 3 晶體的點陣型式為簡單立方 一個晶胞即一個結(jié)構(gòu)基元 4 Ti4 的氧配位數(shù)為6 Ba2 的氧配位數(shù)12 5 在晶胞的棱上 Ti4 和O2 互相接觸 故Ba2 和O2 在高度為1 2a且平行于立方晶胞的面對角線方向上互相接觸 因而 6 聯(lián)合組成立方最密堆積 7 O2 的鈦配位數(shù)為2 O2 的鋇配位數(shù)為4 本題延伸 04年省賽 例題3 2003年省賽 甲烷水合物 nCH4 46H2O 是一種具有重要經(jīng)濟價值的化合物 在海洋深處蘊藏量非常大 是未來的重要能源之一 它的晶體結(jié)構(gòu)可看作由五角十二面體 512 和十四面體 51262 共面連接堆積形成 在立方晶胞中 512 的中心處在頂角和體心位置 51262 中心位置坐標(biāo)為 0 1 4 1 2 0 3 4 1 2 1 2 0 1 4 1 2 0 3 4 1 4 1 2 0 3 4 1 2 0 共計6個 它們彼此共用六角形面連成柱體 再和五角十二面體共面連接 右圖所示出甲烷水合物中水骨架的結(jié)構(gòu) 甲烷水合物晶胞結(jié)構(gòu) 1 CH4分子由于體積較小 可包合在這兩種多面體中 若全部充滿時 確定晶胞的組成 即n值 2 已知該晶胞參數(shù)a 1180pm 計算1m3甲烷水合物晶體中可釋放CH4的體積 標(biāo)準(zhǔn)狀況下 3 有的文獻中報導(dǎo)開采1m3的甲烷水合物晶體可得到164m3的甲烷氣體 請根據(jù) 的結(jié)果給出合理的解釋 解答 1 8CH4 46H2O或n 8 2 按晶體的理想組成和晶胞參數(shù) 可算得晶胞體積V和晶胞中包含CH4的物質(zhì)的量n CH4 V 晶胞 a3 1180pm 3 1 64 109pm3 1 64 10 27m3n CH4 1 33 10 23mol1m3甲烷水合物晶體中含CH4的物質(zhì)的量為 n 1 33 10 23mol 8 11 103mol它相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的甲烷氣體體積 V 8 11 103 22 4m3 10 3 182m3 3 文獻報導(dǎo)值比實際值小 說明甲烷分子在籠形多面體中并未完全充滿 即由于它的晶體中CH4沒有達到理想的全充滿的結(jié)構(gòu) 實際上甲烷水合物晶體結(jié)構(gòu)形成時 并不要求 512 全部都充滿CH4分子 它的實際組成往往介于6CH4 46H2O和8CH4 46H2O之間 例題4 2004年全國決賽題 題目 氫是重要而潔凈的能源 要利用氫氣作能源 必須解決好安全有效地儲存氫氣問題 化學(xué)家研究出利用合金儲存氫氣 LaNi5是一種儲氫材料 LaNi5的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)測定 屬六方晶系 晶胞參數(shù)a 511pm c 397pm 晶體結(jié)構(gòu)如圖所示 LaNi5晶體結(jié)構(gòu)圖 OLa Ni 1 從LaNi5晶體結(jié)構(gòu)圖中勾畫出一個LaNi5晶胞 2 每個晶胞中含有多少個La原子和Ni原子 3 LaNi5晶胞中含有3個八面體空隙和6個四面體空隙 若每個空隙填入1個H原子 計算該儲氫材料吸氫后氫的密度 該密度是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氣密度 8 987 10 5g cm 3 的多少倍 氫的相對原子質(zhì)量為1 008 光速c為2 998 108m s 1 忽略吸氫前后晶胞的體積變化 解答 1 解答 2 晶胞中含有1個La原子和5個Ni原子 3 計算過程 六方晶胞體積 V a2csin120 5 11 10 8 2 3 97 10 8 31 2 2 89 7 10 24cm3是氫氣密度的1 87 103倍 例題5 題目 SiC具有高硬度 高耐磨性 高耐腐蝕性及較高的高溫強度等特點 已成為一種重要的工程材料 其晶體具有六方ZnS型結(jié)構(gòu) 晶胞參數(shù)為a 308pm c 505pm 已知C原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為0 0 0和 Si原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為和 1 按比例畫出SiC六方晶胞 2 每個晶胞中含有SiC個 3 晶體中Si的堆積型式是 C填充的空隙類型是 4 列式計算C Si鍵長 解答 1 SiC六方晶胞 解答 2 每個晶胞中含有2個SiC 3 Si原子作六方最密堆積 C原子填充在Si圍成的四面體空隙中 4 由 1 中晶胞圖可以看出 Si C鍵長為 例題6 實驗表明 乙烯在很低的溫度下能凝結(jié)成分子晶體 經(jīng)X 射線分析鑒定 其晶體結(jié)構(gòu)屬于正交晶系 晶胞參數(shù)為 a 4 87 b 6 46 c 4 15 晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示 乙烯的晶胞結(jié)構(gòu) 1 該晶體的晶胞類型是 2 晶體的理論密度是cm 3 3 設(shè)C原子形成的雙鍵中心對稱地通過原點 離原點最近的C原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為 0 11 0 06 0 00 試計算C C共價鍵長是 解答 1 簡單正交晶胞 2 0 71g cm 3 3 1 32 例題7 1999年美國 science 雜志報道 在40GPa高壓下 用激光器加熱到1800K 人們成功制得了原子晶體干冰 下列推斷正確的是A原子晶體干冰有很高的熔點 沸點 有很大的硬度B原子晶體干冰易氣化 可用作制冷材料C原子晶體干冰硬度大 可用作耐磨材料D每摩爾原子晶體干冰中含2molC O鍵 答案 A C 例題8 BGO是我國研制的一種閃爍晶體材料 首次用于諾貝爾獎獲得者丁肇中的著名實驗 它是鍺酸鉍簡稱 若知 在BGO中 鍺處于最高價態(tài) 在BGO中 鉍的價態(tài)與鉍跟氯形成的某種共價化合物時所呈的價態(tài)相同 在此氯化物中鉍具有最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu) BGO可看成是由鍺和鉍兩種元素所形成的復(fù)雜氧化物 且在BGO晶體的化學(xué)式中 這兩種氧化物所含氧的總質(zhì)量相同 請?zhí)羁?1 鍺和鉍的元素符號分別是和 2 BGO晶體的化學(xué)式是 3 BGO晶體所含氧化物的化學(xué)式是 1 GeBi 2 2Bi2O3 3GeO2 3 Bi2O3Bi 5d106S26P3 例題9 釩是我國豐產(chǎn)元素 儲量占全球11 居第四位 在光纖通訊系統(tǒng)中 光纖將信息導(dǎo)入離光源1km外的用戶就需用5片釩酸釔晶體 釔是第39號元素 我國福州是全球釩酸釔晶體主要供應(yīng)地 每年出口幾十萬片釩酸釔晶體 年創(chuàng)匯近千萬美元 1999年 釩酸釔是四方晶體 晶胞參數(shù)a 712pm c 629pm 密度d 4 22g cm3 含釩25 求釩酸釔的化學(xué)式以及在一個晶胞中有幾個原子 給出計算過程 答案 釩酸釔的化學(xué)式 YVO4計算過程 YVO4的摩爾質(zhì)量為203 8g mol 釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50 9 203 8 0 25合題意 203 8 4 22 48 3cm3 mol四方晶胞的體積V 7122 629 10 30cm3 3 18 10 22cm348 3 6 02 1023 8 02 10 23cm33 18X10 22 8 02 10 23 3 97 4一個晶胞中的原子數(shù) 4 6 24 例題10 C60分子本身是不導(dǎo)電的絕緣體 但它的金屬化合物具有半導(dǎo)體性 超導(dǎo)性 1991年4月Hebard等首先報道摻鉀C60有超導(dǎo)性 超導(dǎo)臨界溫度19K 研究表明KxC60的晶體結(jié)構(gòu)中 C60具有面心立方結(jié)構(gòu) 與NaCl晶體結(jié)構(gòu)中Na 或Cl 的排列方式類似 而K 填充在其四面體和八面體空隙中 晶胞參數(shù)1 4253nm 相當(dāng)于NaCl晶胞的邊長 1 C60晶體類型與KxC60晶體類型分別是 2 占據(jù)四面體空隙和八面體空隙中的K 數(shù)之比是 3 X 4 如果K 半徑為0 112nm 則C60的分子半徑約為 5 計算KxC60的密度 答案 1 分子晶體離子晶體 2 2 1 3 3 4 0 505nm 5 1 92g cm3 例題11 碳的第三種單質(zhì)結(jié)構(gòu)C60的發(fā)現(xiàn)是國際化學(xué)界的大事之一 經(jīng)測定C60晶體為面心立方結(jié)構(gòu) 晶胞參數(shù)a 1420pm 每個C60平均孔徑為700pm C60與堿金屬能生成鹽 如K3C60 人們發(fā)現(xiàn)K3C60具有超導(dǎo)性 超導(dǎo)臨界溫度為18K K3C60是離子化合物 在晶體中以K 和C603 存在 它的晶體結(jié)構(gòu)經(jīng)測定也是面心立方 晶胞參數(shù)a 1424pm 阿伏加德羅常數(shù)為6 02 1023mol 1 請回答 1 畫出C60的晶胞 2 計算相鄰C60球體最近距離 為什么這距離大于C60籠的孔直徑 3 相鄰C60球體間的距離是多少 4 與石墨平面原子間距離 335pm 相比 你認為在C60晶體中 C60間作用力屬于哪一種類型 5 C60晶體的晶胞中存在何種空隙 各有多少空隙 6 K3C60晶體的晶胞中有多少個K 它們位于晶胞中何處 7 同一溫度下 K3C60的晶體密度比C60的晶體密度增大了多少 答案 1 2 最近距離 2dmin 2 a2 a2dmin2 2a2 4dmin 21 2 2 1004pmdmin 700pm 說明在C60晶體中 C60 C60之間不接觸 是分子晶體 3 距離為1004 700 304pm 4 304pm 335pm 石墨層間的作用力屬于范德華力 是分子間力 C60