四競賽專項練習題之晶體結構-最新年精選文檔

1、（四）晶體結構一、（20佃）（12分）LiCI和KCI同屬NaCI型晶體，其熔點分別為614C 和776C。Li +、K+和Cl-的半徑分別為76pm、133pm和181pm。在電解熔鹽LiCI 以制取金屬鋰的生產(chǎn)工藝中，加入適量的 KCI 晶體，可使電解槽溫度下降至 400 r，從而使生產(chǎn)條件得以改善。1說明加入熔點高的 KCI 反而使電解溫度大大下降的原因；2有人認為， LiCI 和 KCI 可形成固溶體（并畫出了 “固溶體的晶胞 ”）。但 實驗表明，液相 LiCI 和 KCI 能以任意比例混溶而它們的固相完全不混溶（即不 能生成固溶體 ?。?。請解釋在固相中完全不混溶的主要原因。3寫出計算

2、 LiCI 和 KCI 兩種晶體密度之比的表達式 （須包含離子半徑的符 號）；4. 在KCI晶體中，K+離子占據(jù)由CI-離子圍成的八面體空隙，計算相距最 近的八面體空隙中心之間的距離。5. 實驗證明，即使產(chǎn)生了陽離子空位，KCI 晶體在室溫下也不導電。請通 過計算加以說明。二、（2019）（12分） 為紀念 1 905年愛因斯坦連續(xù)發(fā)表 6篇論文導致物理學 大變革 100 周年，今年被定為國際物理年。本題涉及的“熱電效應”機理也是愛 因斯坦首先闡釋的， 即他提出的被后人稱為 “愛因斯坦振蕩器” 的獨立振蕩原子 與溫度關系的模型。1. 左上圖是熱電效應之一的圖解。給出圖中所有英文單詞（或詞組）及

3、物 理學符號的意義，并為此圖寫一篇不超過 200字（包括標點符號等）的說明文。2. 右上圖是化學家合成的能實現(xiàn)熱電效應的一種晶體的晶胞模型。圖中的 大原子是稀土原子，如鑭；小原子是周期系第五主族元素，如銻；中等大小的原 子是周期系 VIII 族元素，如鐵。按如上結構圖寫出這種熱電晶體的化學式。給 出計算過程。提示：晶胞的 6 個面的原子數(shù)相同。設晶體中銻的氧化態(tài)為 1， 鑭的氧化態(tài)為 +3，問：鐵的平均氧化態(tài)多大？三、（20佃B） （10分）固體發(fā)光材料是一種能將激發(fā)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獾?固體物質(zhì)。在基質(zhì)中摻入雜質(zhì)， 含量可達千分之幾或百分之幾， 可調(diào)整發(fā)光效率、 余輝及發(fā)光光譜。如在剛玉AI

4、2O3基質(zhì)中摻入0.051.0%的Cr3+及在Y2O3基質(zhì)中 摻入Eu3+等均可制成固體發(fā)光材料。1.推測AI2O3基質(zhì)中摻入Cr3+的發(fā)光原理。2 . 丫2。3屬立方晶系，將丫2。3的立方晶胞分為8個小立方體，丫在小立方 體的面心和頂點， O 位于小立方體內(nèi)的四面體空隙，畫出這樣四個小立方體，指 出丫和O的配位數(shù)?！敬鸢浮?. AI3+和 O2_是滿殼層電子結構，能隙大，電子不易激發(fā)，故無色；（2 分） 摻入的Cr3+是過渡金屬，具有3d電子，在晶體中置換部分 AI3+形成較低的 激發(fā)態(tài)能級， 兩個強吸收帶分別吸收黃綠色及藍色的光， 只有紅光透過， 因而摻 Cr3+的剛玉呈絢麗的紅色，稱為紅

5、寶石。（3分）Y的O的配位數(shù)為6, O的Y配位數(shù)為4。（ 1分）四、（2019） （ 4分）2019年7月德俄兩國化學家共同宣布，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）,晶體結構如圖所示。 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用是 ，這是因為：。五、（2019） （6分）最近發(fā)現(xiàn)，只含鎂、鎳和碳三種元素的 晶體竟然也具有超導性。鑒于這三種元素都是常見元素， 從而引起廣泛關注。該 晶體的結構可看作由鎂原子和鎳原子在一起進行（面心）立方最密堆積（ cep）， 它們的排列有

6、序，沒有相互代換的現(xiàn)象（即沒有平均原子或統(tǒng)計原子） ，它們構 成兩種八面體空隙，一種由鎳原子構成，另一種由鎳原子和鎂原子一起構成， 兩 種八面體的數(shù)量比是1 : 3，碳原子只填充在鎳原子構成的八面體空隙中。1 畫出該新型超導材料的一個晶胞（碳原子用小 匚球，鎳原子用大。球， 鎂原子用大物球）。2寫出該新型超導材料的化學式六、（2019） （6分）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地， 每年出口幾十萬片釩 酸釔晶體，年創(chuàng)匯近千萬美元（2019年）。釩酸釔是

7、四方晶體，晶胞參數(shù)a= 712pm， c= 629pm，密度d = 4.22g/cm3，含釩25%，求釩酸釔的化學式以及在一個晶胞 中有幾個原子。給出計算過程。釩酸鈦的化學式：一個晶胞中的原子數(shù)：七、（2019） （6分）用地殼中某主要元素生產(chǎn)的多種產(chǎn)品在現(xiàn)代高科技中占 重要位置，足見化學對現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要作用。例如：1 計算機的芯片的主要成分是；2 光導纖維的主要成分是：3目前應用最多的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化材料是；4 用作吸附劑、干燥劑、催化劑或催化劑載體的人造分子篩大多是一類稱為的化合物；5 有一大類化合物，結構獨特，兼?zhèn)錈o機材料和有機材料雙重性能，有耐 溫、電絕緣性好、難燃、憎水、耐腐

8、蝕等特性，廣泛用于航空航天、電子電氣、建筑、運輸?shù)刃袠I(yè)，用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、防水、防潮,已為現(xiàn)代社會不可替代的新材料。這類材料在分子結構上的特點是 和。八、（2019）（ 5分）今年3月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K呈超導性，可能是人類對超 導認識的新里程碑。在硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布的， 像維夫餅干，一層鎂一層硼地相間，圖 5-1是該晶體微觀空間中取出的部分原 子沿C軸方向的投影，白球是鎂原子投影，黑球是硼原子投影，圖中的硼原子 和鎂原子投影在同一平面上。1 由圖1可確定硼化鎂的化學式為： 2在圖I右邊的方框里畫出硼化鎂的一個晶胞的透視圖，標出該晶胞內(nèi)面、 棱、

9、頂角上可能存在的所有硼原子和鎂原子（鎂原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。圖1硼化鎂的晶體結構示意圖a= b豐c，c軸向上九、（20佃）（10分）研究離子晶體，?？疾煲砸粋€離子為中心時，其周圍 不同距離的離子對它的吸引或排斥的靜電作用力。設氯化鈉晶體中鈉離子跟離它最近的氯離子之間的距離為d，以鈉離子為中心，貝1. 第二層離子有 個，離中心離子的距離為 d,它們是離子。2. 已知在晶體中Na*離子的半徑為116pm, Cl-離子的半徑為167pm,它 們在晶體中是緊密接觸的。求離子占據(jù)整個晶體空間的百分數(shù)。3. 納米材料的表面原子占總原子數(shù)的比例極大，這是它的許多特殊性質(zhì)的原因，假設某氯化鈉納米

10、顆粒的大小和形狀恰等于氯化鈉晶胞的大小和形狀，求這種納米顆粒的表面原子占總原子數(shù)的百分比。第11題（10分）12， E2d，鈉（各1分，總3分）11-2 晶胞體積 V = 2 x （116pm+ 167pm）3 = 181 x 106pm3離子體積 v = 4x （4/3） n （116pm）4x （4/3） n （167p齢 104X 106 pm3v/V = 57.5% （1分）（有效數(shù)字錯誤扣1分,V和v的計算結果可取4 位，其中最后1位為保留數(shù)字，不扣分。）11-3表面原子為8（頂角）+ 6（面心）+ 12（棱中心）=26總原子數(shù)為8（頂角）+ 6（面心）+ 12（棱中心）+1（體心）

11、=27表面原子占總原子數(shù)26/27X 100%= 96 % （1分） _注：26和27均為整數(shù)值，比值26/27是循環(huán)小數(shù)0.962,取多少位小數(shù)需根據(jù)實 際應用而定，本題未明確應用場合，無論應試者給出多少位數(shù)字都應按正確結果 論。11-4計算分兩個步驟：步驟一：計算表面原子數(shù)?？捎胣 = 2、3的晶胞聚合體建立模型，得出計算公式，用以計算n= 10。例如，計算公式為：2 28 + （n 1）X 12+ n x 12 + （n 1）2x 6 + n2x6 + （n 1）x nx 2X 6 頂角棱上棱交點棱上棱心面上棱交點面上面心面上棱心n= 10,表面原子總數(shù)為2402（2分）步驟二：計算晶胞

12、聚合體總原子數(shù)：n3X 8+ 8 X 7/8 + （n 1）x 12x 3/4 + n X 12 X 3/4 + （n 1）2 X 6/2 + n2x 6/2+ （n 1） x nx 2X 6/2=8000+ 7+81+=9261表面原子占總原子數(shù)的百分數(shù)：90+243+300+540（2分）（2402/9261） W0%= 26% （1 分）（總 5 分）（注：本題計算較復雜，若應試者用其他方法估算得出的數(shù)值在26%左右2個百分點以內(nèi)可得3分，3個百分點以內(nèi)可得2分，其估算公式可不同于標準答案， 但其運算應無誤。本題要求作估算，故標準答案僅取整數(shù)，取更多位數(shù)不扣分。）十、（2000） （2分）最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構成的氣態(tài)團簇分子，如右圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子， 它的化學式是?！敬鸢浮縏i14C13 （2 分）說明：凡按晶胞計算原子者得零分。十一、（ 2000） （8分）鉑系金屬是最重要的工業(yè)催化劑但其儲藏已幾近枯竭，上小行星去開采還純屬科學幻想。研究證實，有一類共價化合物可代替鉑系金屬催化劑。它們是堅硬的固體，熔點極高，高溫下不分解， 被稱為“千禧催化劑” （millennium catalysts）。下面3種方法都可以合成它們： 在高溫下將烴類氣體通過鎢或鉬的氧化物的表面。 高溫分解鎢