2002全國高中學生化學競賽江蘇賽區(qū)夏令營選拔賽試題分類原子分子晶體結構

1、20022008年全國高中學生化學競賽(江蘇省賽區(qū))夏令營選拔賽試題分類原子、分子結構(2002年)1(12分)如果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)167號元素A，若已知的原子結構規(guī)律不變，167號元素應是第 周期、第 族元素；可能的最高氧化態(tài)為 ；氫化物的化學式為 。某一放射性物質(zhì)衰變20需15天，該物質(zhì)的半衰期是 。 化合物分子中有 種化學環(huán)境不同的氫原子。如果用氯取代分子中的氫原子，生成的一氯代物可能有 種。硅與碳為同族元素，呈四價。然而，與碳化合物相比，硅化合物的數(shù)量要少得多。碳易于形成雙鍵，硅則不易形成雙鍵。但據(jù)美國科學雜志2000年報道，已合成了分子中既有SiSi單鍵，又有Si=Si雙鍵的化合物X。X的分

2、子式為Si5H6，紅外光譜和核磁共振表明X分子中氫原子的化學環(huán)境有2種，則X的結構式是： 。(2002年)2(13分) 磷和氫能組成一系列的氫化物，如PH3，P2H4，P12H16等。其中最重要的是PH3。PH3稱為膦，它是一種無色劇毒的有類似大蒜臭味的氣體。它可由NaOH和白磷反應來制備，其制備反應的化學方程式為 ，P2H4的沸點比PH3 (填“高”或“低”)，原因是 。AsH3又稱胂，試寫出由As2O3制備胂的反應方程式 ，胂的汽化熱比膦 (填“大”或“小”)。 根據(jù)VSEPR理論，SCl3+和ICl4的空間構型分別是 和 ，S和I分別以_和 雜化軌道同Cl形成共價鍵。 SCl3+和PCl

3、3是等電子體，其SCl鍵鍵長 (填>、或<)PCl鍵鍵長，原因是 。(2003年)第2題(共8分) 根據(jù)雜化軌道理論，下列離子或分子：NH3、NF3、NO2+中氮分別采用 、 、_雜化軌道同相應的鍵合原子成鍵。其中NH3的鍵角 (填“大于”或“小于”)NF3的鍵角的原因是 。 最近，德國科學家在醫(yī)學雜志柳葉刀上發(fā)表文章，他們研究發(fā)現(xiàn)一種名為甘草甜素的物質(zhì)可以有效抑制非典病毒的增殖，有望用其研制出治療非典的特效藥。此前醫(yī)學家已用甘草甜素作為有效成分開發(fā)出藥物，治療丙肝與艾滋病等，并取得了一定效果。甘草甜素(甘草素)是甘草的根和莖中所含的一種五環(huán)三萜皂苷，其結構如圖1所示：甘草甜素的(

4、A)苷鍵構型為 ，將其水解可得到一分子的甘草次酸(如圖2)和兩分子的(填名稱) ，其結構為： 。(2003年)第4題(共6分) 世界各國科學家，從關注人類生存質(zhì)量角度出發(fā)，將保護地球自然生態(tài)環(huán)境研究作為重大任務之一。并對與之相關的宇宙空間的復雜體系如太陽系進行了初步研究。結果發(fā)現(xiàn)太陽是一個巨大能源。它時刻都在向太空發(fā)射大量能量，其能量來源就是太陽時刻不停地進行著的鏈式聚變反應。在那里，氫原子核在極高溫度下發(fā)生聚變反應。這種反應放出的能量，一方面用以維持反應必需的高溫，另一方面則向太空輻射出能量。其中一種重要的聚變過程是碳一氮循環(huán)。這一循環(huán)是由一系列由碳氮作媒介的反應組成的，并按下列步驟進行：

5、上述過程，放出的凈能量為25.7MeV。每消耗1kgH約產(chǎn)生6.2×1014J的能量。核聚變反應是太陽能夠在幾十億年內(nèi)穩(wěn)定地發(fā)光釋能的主要原因。 在上述過程中x= ，y= ；x= ，y= ；= ， (均填數(shù)值)。 寫出與凈能量產(chǎn)生對應的反應方程式： 。 在反應中碳原子的作用是 。(2004年)第1題(共8分) 越來越多的事實表明：在環(huán)境與生物體系中，元素的毒性、生物可給性、遷移性和再遷移性不是取決于元素的總量，而是與該元素的化學形態(tài)密切相關。例如，在天然水正常pH下，鋁處于_態(tài)，對魚類是無毒的；但是，若天然水被酸雨酸化，鋁則轉化為可溶性有毒形態(tài) ，會造成魚類的大量死亡。再如，鋁離子能

6、穿過血腦屏障進入人腦組織，引起癡呆等嚴重后果，而配合態(tài)的鋁，如處于 形態(tài)時就沒有這種危險。 在元素周期表第4、第5周期中成單電子數(shù)最多的過渡元素的電子構型分別為 和 ；元素名稱是 和 。依據(jù)現(xiàn)代原子結構理論，請你推測，當出現(xiàn)5g電子后，成單電子最多的元素可能的價層電子構型為 ，可能是 元素。(2004年)第12題(共8分)在元素周期表中，位于金屬錳(Mn)之下的是锝(Tc)和錸(Re)。錸是1925年由W.Noddack等人發(fā)現(xiàn)的，并以萊茵河的名字給她取名為錸。高錸酸的氧化性比高錳酸弱的多，用稀HNO3氧化Re3+即可得之。 在乙二銨水溶液中，用金屬鉀K與KReO4反應可得到無色化合物A，已知

7、該化合物含K 28.59，含Re 68.09，則A的化學式為 ；反應的化學方程式為 。 你認為化合物A是順磁性還是抗磁性的?為什么? 在A的陰離子結構中，Re處于中心位置，另一原子L與之配位，L有兩種不同的位置，其比例關系為12，試畫出該陰離子的草圖。核磁共振(NMR)實驗結果卻只顯示了一種L粒子的信號，試簡要解釋其原因。(2005年)第5題 (共12分)光合作用是綠色植物和其他自養(yǎng)型生物利用光能由簡單化合物合成高能復雜分子的過程。光合作用中葉綠素分子與特殊的酶分子受體(MS)相結合，發(fā)生一系列氧化還原反應。科學家們發(fā)現(xiàn)光合作用還存在許多變化形式，如有些細菌可用H2S代替H2O進行光合作用生成

8、結構與性質(zhì)完全相似的產(chǎn)物。 我國科學家早在1946年就發(fā)現(xiàn)鈾吸收中子后可發(fā)生核裂變分裂成較小的碎片。如以一個慢中子轟擊發(fā)生核裂變時，能產(chǎn)生兩種核素72X、和若干快中子。快中子再與核素72X反應可生成，繼而生成以上MS中金屬M的一種核素。M是應用最廣泛的金屬之一，在高溫高壓下與CO作用生成淡黃色液體A(A在高溫下可分解為M和CO)。含有M的一種深紅色化合物晶體B具有順磁性，在堿性溶液中B能把Cr()氧化為CrO42-，而本身被還原成C。溶液中C可被氯氣氧化成B。固體C在高溫下可分解，其產(chǎn)物為碳化物D，劇毒的鉀鹽E和化學惰性氣體F。A繼續(xù)與CO作用可形成滿足18電子規(guī)則的金屬有機化合物M2(CO)

9、9。(18電子規(guī)則指過渡金屬有機化合物中，金屬的價電子和配體提供或共享的電子總數(shù)等于18)。 M的元素符號為 ；B的化學式為 。 寫出上述所有核化學反應方程式。 寫出B將Cr()氧化為CrO42-的離子方程式。 H2S代替H2O進行光合作用的主要產(chǎn)物是 ，該反應能夠發(fā)生的主要原因是： 。 指出M2(CO)9中共有幾種不同的成鍵方式，畫出M2(CO)9的結構式。 (2006年)第1題（9分）1-1 元素周期表是20世紀科學技術發(fā)展的重要理論依據(jù)之一。假設NH4+是“元素”NH4的陽離子，則“元素” NH4在周期表中的位置應該是 ；“元素” NH4的單質(zhì)常溫常壓下應為_（填“高”或“低”）熔點 （

10、填“固”、“液”或“氣”）體， （填“能”或“不能”）導電；NH4的碳酸鹽應 （填“易”或“不易”）溶于水。1-2 放射性元素的發(fā)現(xiàn)19世紀末20世紀初物理學發(fā)生巨大變革的基礎。最早發(fā)現(xiàn)的具有放射性的元素是鈾，鈾也是核電廠的燃料。是自然界存在的易于發(fā)生裂變的唯一核素。吸收一個中子發(fā)生核裂變可得到和，或和等。請寫出上述核反應方程式： 1-3 利用核能把水分解，制出氫氣，是目前許多國家正在研究的課題。下圖是國外正在研究中的一種流程（碘硫法），其中用了過量的碘。請寫出反應的化學方程式并注明條件：反應 _反應 _反應 _上述流程中循環(huán)使用的物質(zhì)是 (2007年)第1題（12分）1-1 根據(jù)原子結構理論

11、可以預測：第八周期將包括_種元素；原子核外出現(xiàn)第一個5g電子的原子序數(shù)是_。美、俄兩國科學家在2006年10月號的物理評論上宣稱，他們發(fā)現(xiàn)了116號元素。根據(jù)核外電子排布的規(guī)律，116號元素的價電子構型為_，它可能與元素_的化學性質(zhì)最相似。1-2 多氮化合物均為潛在的高能量密度材料（HEDM），HEDM可用作火箭推進劑及爆炸物。1999年K.O.Christe及其同事成功合成了第一個N5+的化合物N5+AsF6-，它能猛烈的爆炸。光譜數(shù)據(jù)及量子力學計算結果均表明，在N5+的各種異構體中，V型結構最為穩(wěn)定，它有兩個較短的末端鍵和兩個較長的中心鍵。請寫出V型結構的N5+的Lewis共振式。_根據(jù)雜

12、化軌道理論，指出每個氮原子的雜化類型。_中心鍵的N-N鍵級為_。1-3 2008北京奧運會和2010上海世博會將大力推廣資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的生物降解塑料包裝和餐飲具。目前，我國已實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的應用于食品餐飲行業(yè)的可降解材料主要有：天然高分子淀粉與聚乙烯或聚酯的共混/共聚物、聚乳酸（PLA）、農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品基可成型共混物（如小麥稈，谷殼等）、聚己內(nèi)酯、聚乙烯醇。 其中，以小分子單體為原料合成的，能被自然界中陽光、水、微生物等完全生物降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，對保護環(huán)境非常有利的共有_種，它們分別是_（填代號）。(2008年)第1題（6分）1-1 臭氧是大氣中一種微量成分，臭氧層主

13、要分布在距地面1535km處，它吸收了99%以上來自太陽的紫外線，保護了人類和生物免遭紫外線輻射的傷害。臭氧分子是否有極性？_，請寫出所有臭氧分子的Lewis結構式：_。1-2 美國物理化學家Lipscomb W由于對硼烷和碳硼烷的研究成就卓越，而榮獲1976年諾貝爾化學獎。硼的最簡單氫化物是B2H6而不是BH3，B2H6中B的雜化形式是_，但硼的鹵化物卻能以BX3形式存在，BF3、BCl3、BBr3 Lweis酸性由小到大順序是_對此順序的解釋是：_。參考答案：1(共12分) 8 A +7 HA (每空1分，共4分) 47天 (2分) 4 (2分) 7 (2分) 2(共13分) P4+3Na

14、OH+3H2OPH3+3NaH2PO2 (2分) 高 (1分) P2H4的相對分子質(zhì)量大，分子間作用力比較大 (1分) As2O3+6Zn+6H2SO42AsH3+6ZnSO4+3H2O (2分) 大 (1分) 三角錐 (1分) 平面正方形 (1分) sp3 (1分) sp3d2 (1分) < (1分) S有較大核電荷，處于較高氧化態(tài) (1分)2(共8分) sp3 sp3 sp大于 氟的電負性大于氫，因此用于NF成鍵的電子對更偏向氟 (或離氮原子核較遠)，氮周圍電子密度減小(或NF成鍵電子對間的“距離”較遠)，斥力較小，因而鍵角較小。4. (共6分) 13，6 14，7 15，7 (3分

15、) (2分) 催化劑 (1分)1(共8分) 聚合的Al(OH)3膠體 Al(OH)2+ AlF4 (3分) Ar3d54s1 Kr4d55s1 鉻 鉬 5g98s1 128 (5分)12(共8分) K2ReH9 (2分) 18K+KReO4+13H2OK2ReH9+17KOH (2分) 抗磁性，Re化合價+7，所有的電子參與成鍵 (2分) 氫的各種位置之間有迅速的交換作用 (2分)5(共12分) Fe K3Fe(CN)6 (2分，各1分)； (3分，各1分) (2分) 碳水化合物(或葡萄糖)、硫 (1分) (a) O和S是同族元素 (b) O2和S2的價電子數(shù)為12，可視為等電子體 (c) O

16、2和S2中均有一個鍵，2個2中心3電子鍵(鍵) (1分，答對任意1點即可) 4種 (1分)（2分）第1題(9分)1-1 第三周期第IA族 (1分) 低 固 能 易 (每空0.5分，共2分)1-2 (各1分,共2分)1-3 SO2+I2+2H2O2HI+H2SO4 (1分) 2H2SO4 2SO2+O2 +2H2O (1分) 2HIH2I2 (1分)SO2、I2 (1分，錯任一個即0分)1-1 50 121 7s27p4 Po（釙） （每空1分，共4分）1-2 （2分）（其他合理結構亦可）中心氮原子為sp3和sp2雜化，其余為sp雜化 （末端氮可不雜化） （2分） （1分）1-3 3 （1分）

17、， （2分）（寫出兩種得1分） O O OO O O + +第1題(6分)1-1 有(1分) (2分)1-2 sp3(1分)； BF3<BCl3<BBr3(1分) ；從F，Cl，Br的電負性考慮，BX3的酸性本應按BF3，BCl3，BBr3順序減弱，但BX3表現(xiàn)酸性要改變結構，首先打開P 46的大P鍵，而垂直于平面的p軌道形成的P鍵強弱是隨F,Cl,Br的順序而減弱的 (1分)。(其他合理結構亦可)。晶體結構(2002年)3(5分)石墨晶體由如圖(1)所示的C原子平面層堆疊形成。有一種常見的2H型石墨以二層重復的堆疊方式構成，即若以A、B分別表示沿垂直于平面層方向(C方向)堆疊的兩

18、個不同層次，它的堆疊方式為ABAB。圖(2)為AB兩層的堆疊方式，O和分別表示A層和B層的C原子。 在圖(2)中標明兩個晶胞參數(shù)a和b。 畫出2H型石墨晶胞的立體示意圖，并指出晶胞類型。(2002年)8(9分)有一離子晶體經(jīng)測定屬立方晶系，晶胞參數(shù)a4.00Å(1Å=108cm)，晶胞的頂點位置為Mg2+，體心位置為K+，所有棱邊中點為F。 該晶體的化學組成是 ； 晶胞類型是 ； Mg2+的F配位數(shù)是 ，K+的F配位數(shù)是 ； 該晶體的理論密度是 g·cm3。 設晶體中正離子和負離子互相接觸，已知F的離子半徑為1.33Å，試估計Mg2+的離子半徑是

19、97;，K+的離子半徑是 Å。 (2002年)11(4分)NiO晶體為NaCl型結構，將它在氧氣中加熱，部分Ni2+被氧化為Ni3+，晶體結構產(chǎn)生鎳離子缺位的缺陷，其組成成為NixO(x<1)，但晶體仍保持電中性。經(jīng)測定NixO的立方晶胞參數(shù)a=4.157Å，密度為6.47g·cm3。 x的值(精確到兩位有效數(shù)字)為 ；寫出標明Ni的價態(tài)的NixO晶體的化學式 。 在NixO晶體中Ni占據(jù) 空隙，占有率是 。(2003年)第6題(共8分) 兩種銅溴配合物晶體中的一維聚合鏈結構的投影圖 (其中部分原子給出標記)如下。分別指出兩種結構的結構基元由幾個Cu原子和幾

20、個Br原子組成： 圖 為 個Cu原子， Br原子； 圖 為 個Cu原子， 個Br原子。 用筆在圖中圈出相應的一結構基元。圖是由氯苯分子構成的平面點陣結構。 在圖中標出一個正當單位來，并標明兩個基本向量和； 指出正當單位的組成 (內(nèi)容)； 指出這種平面格子的正當單位的形式。(2003年)第12題 (共9分) 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。它的晶體結構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中心位置坐標為(0，1/4，1/2

21、)、(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。右圖所示為甲烷水合物中水骨架的結構。 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) 。 已知該晶胞參數(shù)a = 1180 pm，計算1 m3甲烷水合物晶體中可釋放CH4的體積 (標準狀況下)。 有的文獻中報導開采1 m3的甲烷水合物晶體可得到164 m3的甲烷氣體，請將此文獻值與(2)的計算結果比較，并給出合理的解釋。 (2004年)第5題(共10分) 長期以來人們一直

22、認為金剛石是最硬的物質(zhì)，但這種神話現(xiàn)在正在被打破。1990年美國伯克利大學的AYLiu和MLCohen在國際著名期刊上發(fā)表論文，在理論上預言了一種自然界并不存在的物質(zhì)C3N4，理論計算表明，這種C3N4物質(zhì)比金剛石的硬度還大，不僅如此，這種物質(zhì)還可用作藍紫激光材料，并有可能是一種性能優(yōu)異的非線性光學材料。這篇論文發(fā)表以后，在世界科學領域引起了很大的轟動，并引發(fā)了材料界爭相合成C3N4的熱潮，雖然大塊的C3N4晶體至今尚未合成出來，但含有C3N4晶粒的薄膜材料已經(jīng)制備成功并驗證了理論預測的正確性，這比材料本身更具重大意義。其晶體結構見圖1和圖2。 請分析C3N4晶體中，C原子和N原子的雜化類型以

23、及它們在晶體中的成鍵情況： ； 請在圖1中畫出C3N4的一個結構基元，該結構基元包括 個碳原子和 個氮原子； 實驗測試表明，C3N4晶體屬于六方晶系，晶胞結構見圖2(圖示原子都包含在晶胞內(nèi))，晶胞參數(shù)a=0.64nm，c=0.24nm，請列式計算其晶體密度。 = ； 試簡要分析C3N4比金剛石硬度大的原因(已知金剛石的密度為3.51g·cm3)。(2004年)第11題(共9分)BaTiO3是一種重要的無機功能材料，工業(yè)上常用以下方法制得：將BaCl2、TiCl4、H2O和H2C2O4混合反應后，經(jīng)洗滌、干燥后得一組成為Ba 30.50、Ti 10.70、C 10.66、H 1.81的

24、白色粉末A，進一步熱分解A即可得BaTiO3。用熱分析儀測定A的熱解過程，得下圖所示的質(zhì)量溫度關系曲線：圖中400K、600K和900K時對應的樣品的質(zhì)量分別為8.38mg、5.68mg和5.19mg試回答： A的化學式為 ； 在600K時樣品的組成為 ； 晶體結構分析表明，BaTiO3為立方晶體，晶胞參數(shù)a=7.031Å，一個晶胞中含有一個BaTiO3分子”。畫出BaTiO3的晶胞結構示意圖，分別指出Ba2+、Ti(IV)、O2三種離子所處的位置及其配位情況。(2005年)第6題 (共4分)鈮酸鋰(LiNbO3)是性能優(yōu)異的非線性光學晶體材料，有多種性能，用途廣泛，在濾波器、光波導

25、、表面聲波、傳感器、Q開關以及激光倍頻等領域都有重要的應用價值，因而是一種重要的國防、工業(yè)、科研和民用晶體材料。鈮酸鋰的優(yōu)異性能與它的晶體結構是密不可分的，單晶X射線衍射測試表明，鈮酸鋰屬三方晶系，晶胞參數(shù)a=b=5.148Å，c=13.863Å；密度為4.64g/cm3沿著c軸方向的投影見下圖，其中Li和Nb原子投影重合，它們處于氧原子投影的六邊形中心。 請在下圖表示的二維晶體結構上畫出一個結構基元。 假設下圖是某新型晶體材料LiNbA2沿c軸的投影圖(A原子取代氧的位置)，在這種晶體中，沿a方向兩層Nb原子之間夾著兩層A原子和一層Li原子。請寫出這種新型晶體材料的晶胞類

26、型，并畫出它的一個三維晶胞的透視圖。 (2005年)第12題 (共11分)2005年1月美國科學家在Science上發(fā)表論文，宣布發(fā)現(xiàn)了Al的超原子結構，并預言其他金屬原子也可能存在類似的結構，這是一項將對化學、物理以及材料領域產(chǎn)生重大影響的發(fā)現(xiàn)，引起了科學界的廣泛關注。這種超原子是在Al的碘化物中發(fā)現(xiàn)的，以13個Al原子或14個Al原子形成Al13或Al14超原子結構，量子化學計算結果表明，Al13形成12個Al在表面，1個Al在中心的三角二十面體結構，Al14可以看作是一個Al原子跟Al13面上的一個三角形的3個Al形成AlAl鍵而獲得的。文章還指出，All3和All4超原子都是具有40個

27、價電子時最穩(wěn)定。 根據(jù)以上信息可預測Al13和Al14的穩(wěn)定化合價態(tài)分別為 和 。A114應具有元素周期表中 類化學元素的性質(zhì)，理由是： 。 對Al13和A114的AlAl鍵長的測定十分困難，而理論計算表明，Al13，和Al14中的AlAl鍵長與金屬鋁的AlAl鍵長相當，已知金屬鋁的晶體結構采取面心立方最密堆積，密度約為2.7g/cm3，請估算Al13和Al14：中AlAl的鍵長。 。 Al13三角二十面體中有多少個四面體空隙，假設為正四面體空隙，如果在其中攙雜其他原子，請通過計算估計可攙雜原子的半徑最大為多少?(2006年)第9題(7分) 1987年，研究者制出一種高溫超導材料釓鋇銅氧，其近

28、似化學式為YBa2Cu3O7-(根據(jù)正負價平衡，實際上O的個數(shù)在6、7之間。故寫為7-或6+)，其臨界溫度(Tc)達到92K。20多年來，此類研究不斷深入，2006年5月，有研究者稱制得了Tc達150K的氧化物超導材料，圖A為該超導材料的一個晶胞，其中四方錐和四邊形的元素組成如圖B所示，且四方錐的頂點和四邊形的中心均落在晶胞的棱上。仔細觀察圖，回答下列問題：9-1 研究表明這類超導體中都有金屬-氧層，即晶胞中在c軸幾乎同一高度上排列著金屬原子和氧原子。此晶胞中有 個Cu-O層，在Cu-O層中Cu的配位數(shù)是 ，O的配位數(shù)是 。9-2 除了Cu-O層以外，此晶體中還有的金屬-氧層是 。9-3 該晶

29、體的近似化學式為 。9-4 研究還發(fā)現(xiàn)(1)當該晶體中金屬-氧層完全對稱排列時，其臨界溫度只有87K。(2)高溫超導材料YBa2Cu3O7-中也有Cu-O層。請據(jù)此提出研制新的高溫超導材料的一個建議： (2006年)第10題（9分） 鋰離子電池、金屬氫化物-鎳電池(MH-Ni)、無水堿性鋅-錳電池、燃料電池、太陽能電池等是21世紀理想的綠色環(huán)保電源。其中液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正負電極的二次電池。正極采用鋰化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，負極采用碳電極，充電后成為鋰-碳層間化合物LixC6(0<x1)，電解質(zhì)為溶解有鋰鹽LiPF6、LiAsF6等的有機溶液。

30、10-1 在電池放電時，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。寫出該電池的充放電反應方程式： 10-2 金屬鋰放電容量(3861mAh·g-1)最大。其中mAh的意思是指用1毫安(mA)的電流放電1小時(h)。則：理論上LiMn2O4的放電容量是 mAh·g-1。10-3 1965年，Juza提出石墨層間化合物組成是LiC6，鋰離子位于石墨層間，其投影位于石墨層面內(nèi)碳六圓環(huán)的中央。試在下圖中用“·”畫出Li的位置。并在此二維圖形上畫出一個晶胞。10-4 LiC6的晶胞參數(shù)a=b=0.426nm。鋰插入后，石墨層間距為0.3706nm。試以此計算LiC6的密度。(20

31、06年)第11題(8分) C60的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了國際科學的一個新領域，除C60分子本身具有誘人的性質(zhì)外，人們發(fā)現(xiàn)它的金屬摻雜體系也往往呈現(xiàn)出多種優(yōu)良性質(zhì)，所以摻雜C60成為當今的研究熱門領域之一。經(jīng)測定C60晶體為面心立方結構，晶胞參數(shù)a=1420pm。在C60中摻雜堿金屬鉀能生成鹽，假設摻雜后的K+填充C60分子堆積形成的全部八面體空隙，在晶體中以K+和C60存在，且C60可近似看作與C60分子半徑相同的球體。已知C的范德華半徑為170pm，K+的離子半徑133pm。11-1 摻雜后晶體的化學式為 ；晶胞類型為 ；如果為C60頂點，那么K+所處的位置是 ；處于八面體空隙中心的K+到最鄰近的C60

32、中心的距離是 pm。11-2 實驗表明C60摻雜K+后的晶胞參數(shù)幾乎沒有發(fā)生變化，試給出理由。11-3 計算預測C60球內(nèi)可容納的摻雜原子的半徑。(2007年)第10題 （8分）利用氫能離不開儲氫材料。利用合金儲氫的研發(fā)，以獲得重大進展。研究發(fā)現(xiàn)LaNix是一種很好的儲氫合金。（相對原子質(zhì)量：La-138.9）LaNix屬六方晶系(圖c)，晶胞參數(shù)a 0=511pm，c 0=397pm。儲氫位置有兩種，分別是八面體空隙 (“”)和四面體空隙(“”)，見圖a、b，這些就是氫原子存儲處。有氫時，設其化學式為LaNixHy。10-1 合金LaNix中x的值為_；晶胞中和“”同類的八面體空隙有_個，并

33、請在圖a中標出；和“”同類的四面體空隙有_個，并請在圖b中標出。10-2 若每個八面體空隙中均儲有H，LaNixHy中y的值是_。10-3 若H進入晶胞后，晶胞的體積不變，H的最大密度是_ g · cm-3 (2007年)第11題 （7分）同時具備幾種功能的多功能材料往往具有特殊的用途而成為材料領域的熱點。南京師大結構化學實驗室最近設計合成了一種黃色對硝基苯酚水合物多功能晶體材料：C6H5NO3·1.5H2O。實驗表明，加熱至94時該晶體能由黃色變成鮮亮的紅色，在空氣中溫度降低又變?yōu)辄S色，即具有可逆熱色性；同時實驗還表明它具有使激光倍頻的二階非線性光學性質(zhì)。X-射線衍射結果

34、表明該晶體屬于單斜晶系，晶胞參數(shù)a=2119.8 pm，b=367.5 pm，c=1037.6pm，=90.0°，=117.2°，密度1.535 g · cm-3，在晶體中水分子通過氫鍵把對硝基酚分子連接起來而形成層狀結構。11-1 在上述晶體中形成氫鍵的氧原子坐標為（0.87，0.88，0.40；0.49，0.91，0.34；0.50，0.42，0.50），請計算晶體中氫鍵的鍵長。11-2 預期上述晶體材料可以作為摻雜材料的主體，在層間嵌入某種金屬離子而形成具有特殊功能的摻雜材料，嵌入離子的密度與材料性質(zhì)密切相關。假設在晶體中每個苯環(huán)通過靜電與一個嵌入離子相互作

35、用，試計算每立方厘米上述晶體能嵌入離子的數(shù)目。11-3 熱分析試驗表明，當溫度升高到94時該晶體開始失重，到131重量不再變化，比原來輕了16.27%。試給出該晶體完全變色后的化學式；并據(jù)此分析具有可逆熱色性的原因；設計一個簡單的實驗來驗證這種分析。(2008年)11(共10分)熱電材料又稱溫差電材料，是一種利用材料本身溫差發(fā)電和制冷的功能材料，在能源與環(huán)境危機加劇和提倡綠色環(huán)保的21世紀，具有體積小、重量輕、無傳動部件和無噪聲運行等優(yōu)點的熱電材料引起了材料研究學者的廣泛重視。近來，美國科學家在國際著名學術期刊Science上報道了一種高效低溫的熱電材料，下圖是其沿某一方向的一維晶體結構。圖1

36、圖211-1在上圖中畫出它們的結構基元；結構基元的化學式分別為圖1_，圖2_。11-2現(xiàn)在，熱材料的研究主要集中在金屬晶體上，Ti就是制備熱電材料的重要金屬之一，已知Ti的原子半徑為145pm，作A3型堆積，請計算金屬晶體Ti的晶胞參數(shù)和密度。11-3電熱晶體NiTiSn是著名的Half-Heusler化合物結構，Sn作A1型堆積，Ti填充Sn的八面體空隙，Ni在Ti的周圍形成四面體，并且相鄰Ni-Ti和 Ni-Sn距離相等，試畫出一個NiTiSn的晶胞結構圖，并用文字說明Ni的位置。11-4納米粒子的量子尺寸可以顯著提高材料的熱電性能，表面原子占總原子數(shù)的比例是其具有量子尺寸效應的重要影響因

37、素，假設某NiTiSn顆粒形狀為立方體，邊長為NiTiSn晶胞邊長的2倍，試計算表面原子占總原子數(shù)的百分比(保留一位小數(shù))。參考答案：3(共5分)可有多種選取方式，其中一種方式如下圖所示： (2) 請自行設計兩個實驗(簡單說明實驗操作和實驗現(xiàn)象)來驗證Ba2+確實能使平衡向左移動。8(共9分) MgKF3 (2分) 簡單立方晶胞 (1分) 6 (1分) 12 (1分) 3.12 g·cm3 (2 分) 0.67 Å (1 分) 1.50 Å (1 分)11(共4分) 0.92 (1分) (1分) 或Ni()0.76Ni()0.16O 八面體 (1分) 92 (1分

38、)6. (共8分) 6 12 (1分) 2 4 (1分)結構基元如圖中實線或虛線所圍，也可另取。(2分) 圖1 圖2 此結構的正當單位和基本向量如下圖所示。 (可有各種不同取法，但形式不變。) (2分) 圖(3)所示結構的正當單位由兩個取向相反的氯苯分子構成。 (1分) 矩形P格子 (1分)12. (共9分) 8CH4·46H2O 或n = 8 (3分) 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 = (1180 pm)3 =1.64×l09pm3 = 1.64×10m3n (CH4)= =1.

39、33×10 mol 1 m3甲烷水合物晶體中含CH4的物質(zhì)的量為： n =×1.33×10 mol = 8.11×103 mol 它相當于標準狀態(tài)下的甲烷氣體體積：V= 8.11×103×22.4×10m3=182 m3(4分) 文獻報導值比實際值小，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構。(實際上甲烷水合物晶體結構形成時，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。) (2分)5(共10

40、分) C3N4晶體中，C原子采取sp3雜化，N原子采取sp2雜化；1個C原子與4個處于四面體頂點的N原子形成共價鍵，1個N原子與3個C原子在一個近似的平面上以共價鍵連接 (2分) 從圖2可以看出，一個C3N4晶胞包括6個C原子和8個N原子，其晶體密度為： (2分) C3N4比金剛石硬度大，主要是因為：在C3N4晶體中，C原子采取sp3雜化，N原子采取sp2雜化，C原子和N原子間形成很強的共價鍵；C原子和N原子間通過共價鍵形成網(wǎng)狀結構；密度計算結果顯示，C3N4的密度大于金剛石，即C3N4，晶體中原子采取更緊密的堆積方式，說明原子間的共價鍵長很短而有很強的鍵合力(3分)11(共9分) BaTiO

41、 (C2O4)2·4H2O (2分) BaTi2O5+BaCO3(2分) Ba2+：12個O2形成的多面體 (1分)Ti()：6個O2形成的八面體 (1分)，O2：2個Ti()和4個Ba2+形成的八面體 (1分)6(共4分) （2分） 簡單六方晶胞（2分）12(共11分) 1 +2 (Al13- Al142+) (2分，各1分) 堿土金屬 因為Al14容易失去2個電子而呈現(xiàn)+2價 (1分) 根據(jù)晶體密度公式可得： 故晶胞參數(shù)=405pm 因為金屬鋁形成面心立方晶胞，所以原子半徑與晶胞參數(shù)之間的關系為： 所以估計Al-Al鍵長約為：2r=2×143pm=286pm (3分) 有20個四面體空隙 (2分) 設Al的半徑為R，正四面體空隙可以填充的內(nèi)切球半徑為r，則正四面體邊長b=2R，立方體邊長，立方體對角線為：所以 (3分)第9題(7分)9-1 6 (1分) 4 2 (每空0.5分,共1分)9-2 Ba-O層, (In,Sn)-O層 (2分)9-3 (In,Sn)Ba4Tm4Cu6O18+ (In,Sn) Ba4Tm4Cu6O18也算對。In,Sn個數(shù)可用其他方式表達,之和為2即可(2分)9-4 改變金屬-氧層的排列方式或用其他元素替換Y或In (1分)第10題(9分)10-1 LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC6 (2分)10-