五晶體結(jié)構(gòu)

1、五、晶 體 結(jié) 構(gòu)1 因?yàn)榱⒎骄抵?，六個(gè)面都是等價(jià)的，若有底心立方晶胞存在，則必有面心立方晶胞存在，故立方晶系中不存在底心立方晶胞。 不帶電荷的分子或原子（金屬）之間的相互作用力小，若原子（非金屬）以共價(jià)鍵連接，簡(jiǎn)單立方中的兩個(gè)原子之間距離又太大，不利于共價(jià)鍵形成，所以不帶電荷的分子或原子往往采取六方或立方最緊密堆積或立方體心密堆積結(jié)構(gòu)。 由于六方最緊密堆積結(jié)構(gòu)與立方緊密堆積的空間利用率相同，所以它們具有相同的密度。在這兩種緊密堆積中，原子的配位數(shù)為12。2 Cu為面心立方晶體，1個(gè)晶胞中Cu原子個(gè)數(shù)8×() + 6× 4（1）（2） 1.119 Å3 Fe原子

2、半徑是相同的，在型中，在型中， 在型中，；在型中， 4 (1)(2) 原子堆積系數(shù)(100)=原子堆積系數(shù)(110)= 原子堆積系數(shù)(111)= 5 (1 ) MgO與MnO的dMO相差很大，這說(shuō)明O2圍成的正八面體空隙小，而Mg2+、 Mn2+的半徑差別大，導(dǎo)致dMnO>dMgO；而S2和Se2半徑大，圍成的正八面體空隙既大于 ，又大于 ，所以dMgSdMnS，dMgSedMnSe，相當(dāng)于Mg2+和Mn2+在S2和Se2圍成的正八面體空隙中“擾動(dòng)”。(2) 在MgS中，S2離子是相切的，即2 a，而2( + )=a×2 =2×2.60 , =1.84 6 (1) r

3、H < rC，氫原子占有正四面體空隙，碳原子占有正八面體空隙，而金屬鈦屬于面心立方，圍成正四面體空隙和正八面體空隙，半徑小的氫原子占正四面體空隙，半徑大的碳原子占正八面體空隙。(2) 對(duì)于面心立方晶體，球數(shù)正四面體空隙正八面體空隙121，碳化鈦的化學(xué)式為T(mén)iC，氫化鈦的化學(xué)式為T(mén)iH2。7 (1) Ca2+：，C22：，化學(xué)式為CaC2。(2) 一個(gè)晶胞中所含的化學(xué)式單位的數(shù)目為4。(3) C2基團(tuán)中CC鍵長(zhǎng)c2×0.406c0.188×6.371.20 。(4) dCaC 。(5) 第一種最短的非鍵C×××××

4、15;××C間距離=，第二種最短的非鍵C××××××××C間距離=，(6) 這一結(jié)構(gòu)與NaCl型離子化合物的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。由于(CC)2沿c軸方向排列，使c軸變成6.37 （>3.87 ），即從立方變成了四方晶胞。8 (1) Fe：，Al：4 FeAl124 31，化學(xué)式為Fe3Al。(2) (3) dFeAl9. (1) 見(jiàn)右圖。 (2) La：，Ni：， 化學(xué)式為L(zhǎng)iNi5。（3） (4) o(STP)= (5) H2的分子軌道能級(jí)圖為： 1s* 1s 當(dāng)H2與Ni相互作用時(shí)，Ni原子

5、上的3d電子可以占有H2的1s*軌道上，使H2的鍵級(jí)減小， （氫分子離解能）變小，導(dǎo)致氫分子原子化變得更加容易。10. (1) Cu：，F(xiàn)e：，S：8CuFeS = 448 = 112，化學(xué)式為FeCuS2。(2) 晶胞中含有2個(gè)化學(xué)和空間環(huán)境都相同的硫原子，2個(gè)相同的鐵原子，2個(gè)相同的銅原子。晶胞中含有2個(gè)結(jié)構(gòu)基元，結(jié)構(gòu)基元為Cu2Fe2S4。(3) 晶胞為原晶胞的一半。每個(gè)晶胞中有4個(gè)化學(xué)和空間 環(huán)境都相同的硫原子。(4) 硫原子作立方面心堆積，金屬原子占據(jù)硫原子圍成的正四面體空隙，空隙占有率為50 %。(5) 由于CuGaS2和Cu2FeSnS4中Ga為+3氧化態(tài)，Sn為+4氧化態(tài)，S為

6、2氧化態(tài)，則Cu為+1氧化態(tài)，所以在CuFeS2中Cu為+1氧化態(tài)，F(xiàn)e為+3氧化態(tài)。11(1) NiO晶胞如右圖。(2) a 2dNiO = 2×207.85 pm = 415.70pm(3) 解得x0.92 令0.92中Ni3+為y，3 y +2(0.92y)=2，解得y0.16，有缺陷NiO的分 子式為 O。(4) 在NixO晶體中，O2采取面心立方堆積，Ni在此堆積中占據(jù)正八面體空隙，空隙占有率為92。(5) dNiNi = = 0.707×415.70 = 293.90 (pm)(6) 在NixO中，Ni的配位數(shù)與NiO中一致，都是六配位，而O2的配位數(shù)降低，其平

7、均配位數(shù)可看作“6×0.925.52”。12(1) dCC = = ×356.6= 154.4 pm(2) 空間利用率(3) 金剛石是CC之間的共價(jià)鍵連接的三維結(jié)構(gòu)（即每個(gè)C原子都采取sp3雜化），由于共價(jià)鍵鍵能強(qiáng)，所以雖然金剛石的空間利用率很低，但硬度很大。13(1) C60分子分別占據(jù)立方體頂點(diǎn)和面心。(2) 正四面體空隙和正八面體空隙。(3) C60分子正四面體空隙正八面體空隙=121.(4) C60Cs3(5) 14(1) 在立方最密堆積中，球數(shù)=個(gè)，正四面體空隙數(shù)(×)=8個(gè)，正八面體空隙數(shù)()=1+12×= 4個(gè)，球數(shù)正四面體空隙正八面體空隙

8、 484 = 121?？臻g利用率= (2) 在六方密堆積中，球數(shù)正四面體空隙正八面體空隙=121。可以用兩種方法證明：第一種方法：六方密堆積是ABABAB堆積而成的，而在AB密置雙層中，球數(shù)正四面體空隙正八面體空隙 = 221，由于每一層都為上下兩層共享，球數(shù)相當(dāng)于計(jì)算了2次。在六方密堆積中，球數(shù)正四面體空隙正八面體空隙 = 121。第二種方法：在六方晶胞中，球數(shù)= 個(gè)，正四面體空隙= 個(gè)，正八面體空隙=2個(gè)，故證得?？臻g利用率= 空間利用率=(3) = 0.425 > 0.414；Ti3+離子應(yīng)填入由Cl離子圍成正八面體空隙。由于Cl離子采取六方密堆積排列，Cl離子數(shù)正八面體空隙11，

9、而Ti3+Cl = 13，Ti3+離子占正八面體空隙的占有率為1/3。Ti3+離子填入空隙的可能方式有3種，從第14題(2)中可知，由三個(gè)不同取向晶胞拼成的六方棱柱圖形中有六個(gè)正八面體空隙()，這六個(gè)正八面體空隙構(gòu)成了三角棱柱，要排兩個(gè)Ti3+離子（31），顯然有三種： 15(1) MgB2(2)16(1) 該晶胞中碳原子個(gè)數(shù)為：(2) 碳原子坐標(biāo)為（0,0,0），(0,0,)，(,0)，(,)(3) c = 2×334.8 pm = 669.6 pma = 17(1) (2) 在LiC6中，Li+與相鄰石墨六元環(huán)的作用力屬離子鍵型。xLi摻入后，xLi xe xLi+，x個(gè)電子進(jìn)入

10、石墨層中，形成型離域鍵而帶x 電荷()，它們之間是離子鍵相互作用。(3) 化學(xué)式為L(zhǎng)iC2。18(1) 2NiO + 2LiOH + O2 2LiNiO2+2H2O(2) LiNiO2 xe Li1xNiO2 + xLi+(3) Ni的氧化數(shù)有+2、+3、+4，而Al只有+3氧化態(tài)，如果Ni都被氧化到+4氧化態(tài)，那么鋰離子可以完全脫嵌，形成NiO2，但有yAl3+存在，必有yLi+形成yLiAlO2，用鋁離子取代部分鎳離子形成LiNi1yAlyO2，完全可以防止鋰離子完全脫嵌而起到穩(wěn)定LiNiO2結(jié)構(gòu)的作用。19(1) y=0，指xy平面，I分布為 （頂點(diǎn)、面心有I）；y=a，指xy平面之間的

11、，I分布為 （I都在面心）；點(diǎn)陣型式為立方面心，由于Ag+離子占有I離子圍成的八個(gè)正四面體空隙中四個(gè)互不相鄰的正四面體空隙，正、負(fù)離子配位數(shù)都為4。 (2) 八面體空隙= 個(gè)四面體空隙= 個(gè) 金屬原子 八面體空隙 × 四面體空隙(3) 在不同晶體中，Ag+離子占據(jù)不同空隙，按正、負(fù)離子相互接觸計(jì)算的Ag+離子半徑自然有一個(gè)變化范圍。(4) 對(duì)于立方體（體心）堆積而言： 球數(shù)四面體空隙八面體空隙2126163， Ag+離子只占空隙的九分之一，這說(shuō)明-AgI晶體中有大量空隙存在，有利 于Ag+離子遷移，另外在體心立方中，四面體空隙與八面體空隙相連，四面體空隙與四面體空隙通過(guò)三角形中心相連

12、，構(gòu)成三維骨架結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性“隧道”，可以供Ag+離子遷移。(5) 4AlI3 + 3O2 2Al2O3 + 6I2 （i）正極：I2 + 2 Ag+ +2e 2AgI （ii）負(fù)極：2Ag 2e 2 Ag+ （iii） 當(dāng)氧氣的濃度大時(shí)，反應(yīng)（i）中生成的游離I2濃度大，+電勢(shì)增大，由 = +-可知，也增大，所以通過(guò)電池電動(dòng)勢(shì)的變化，可以得知O2的含量變化。20(1) HCl + NH3 = NH4+Cl(2) 說(shuō)明：由于CB11H6Cl6離子有一根軸穿過(guò)籠心，依據(jù)這根軸旋轉(zhuǎn)360o/5=72o能復(fù)原，C原子必須在旋轉(zhuǎn)軸上，兩個(gè)五邊形的B原子分別是五個(gè)H原子和五個(gè)Cl原子，從對(duì)稱(chēng)性角度，應(yīng)該H

13、、Cl、H、Cl原子分開(kāi)排列且B+ Cl連接更穩(wěn)定。 21(1) 第二層離子是Na+離子，有12個(gè)，它們離中心離子的距離為d。(2) NaCl屬于面心立方晶胞。a = 2( ) = 2(116+167) = 566 ppm離子占據(jù)整個(gè)晶體空間的百分?jǐn)?shù)(3) 對(duì)于NaCl晶胞而言：表面原子8(頂點(diǎn)) + 6(面心) + 12(棱心)26，總原子數(shù)8+6+12+1(體心)27，表面原子占總原子數(shù)(26/27)×100%=96.3%。(4) 某氯化鈉顆粒形狀為立方體，邊長(zhǎng)為氯化鈉晶胞邊長(zhǎng)的10倍，每邊含顆粒數(shù)2×10+121，所含顆?？倲?shù)2139261，其表面顆粒數(shù)(2×

14、;10+1)3(2×9+1)3=2402 (2個(gè)立方體粒子數(shù)相減，就是大立方體表面粒子數(shù))。(2402/9261)×100%=25.94%。22該正三角形面是MgO晶胞的(111)面，由于MgO晶胞屬NaCl型，其晶胞如下左圖。晶胞中虛線(xiàn)構(gòu)成的三角形為MgO的(111)面，恰好都是Mg2+占據(jù)，由于O2與Mg2+是兩套等同點(diǎn)，所以MgO的正三角形晶面上既可以都是Mg2+離子，又可以都是O2離子。 23鈦原子與碳原子構(gòu)成氣態(tài)團(tuán)簇(cluster)分子，那么題中的圖只表示一個(gè)分子而不是晶胞，所以該分子中鈦原子數(shù)8(頂點(diǎn)) + 6(面心) 14個(gè)，碳原子數(shù)1(體心) + 12(棱心)13，其化學(xué)式是Ti14C13。24(1) BBr3 + PBr3 +3H2 BP + 6HBr(2)(3) BP形成閃鋅礦型，其晶胞如右圖所示。(4) 晶胞中B原子個(gè)數(shù) 個(gè) P原子個(gè)數(shù)4 一個(gè)晶胞中有4個(gè)BP分子。(5) (6) dBP= 25(1) 在圓球的密置二維堆積中只有三角形空隙。在ABCD中，球數(shù)，三角形空隙有2個(gè)，球數(shù)三角形空隙12 (2) 將二維模型改變成三維模型，有ABABAB和ABCABCABC兩種堆積方式。每個(gè)原子的配位數(shù)為12。(3) (4) 由第14題(1)可知，面心立方堆積的空間利用率為，簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率為(a = 2r)，