對(duì)化學(xué)競(jìng)賽中晶體結(jié)構(gòu)題目的分析和處理

1、對(duì)化學(xué)競(jìng)賽中晶體結(jié)構(gòu)題目的分析和處理對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的考查是空間想象能力的考查。就近年的一些競(jìng)賽題目做一些分析。一、根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)考查粒子個(gè)數(shù)（化學(xué)式）例 1：（2005 浙江）氫氣是重要而潔凈的能源，要利用氫氣作能源，必須安全有效地儲(chǔ)存氫氣。有稱某種合金材料有較大的儲(chǔ)氫容量，其晶體結(jié)構(gòu)的最小單元如右圖所示。則這種合金的化學(xué)式為(A)LaNi6(C) LaNi4（）(B) LaNi3(D) LaNi511原子個(gè)數(shù)=12´+ 2´= 3：依據(jù)“均攤法”La621Ni 原子個(gè)數(shù)= 6 +18´= 152La：Ni=1：5。D）鉀（·）的石墨嵌入化合物沿 c 軸的投影

2、例 2：（2005圖如圖 1，該化合物的化學(xué)式為A.KC12B. KC10C. KC8D. KC6：本題是平面圖，實(shí)際均攤?cè)绾慰紤]呢？我們從中仔細(xì)觀察找出最小重復(fù)單元，如圖 2，6 個(gè) K 原子組成的六邊形即為最小重復(fù)單元。1 個(gè) K 原子被 3 個(gè)六邊形所共有，所以這個(gè)最小重復(fù)單元中 K 原子個(gè)數(shù)= 6 ´= 23C 原子個(gè)數(shù)= 18 + 6 = 241圖 1K：C=1：12。A二、考查晶體微觀結(jié)構(gòu)，確定晶體內(nèi)指定粒子的數(shù)目。例 3：（2005 江蘇）高溫下，超氧化鉀晶體呈立方體結(jié)構(gòu)。晶體中氧的化合價(jià)可看作部分為 0 價(jià)，部分為2 價(jià)。下圖為超氧化鉀晶體的一個(gè)晶胞(晶體中最小的重復(fù)

3、單元)。則下列說(shuō)法正確的是 ( )A. 晶體中與每個(gè) K+距離最近的 K+有 12 個(gè)B. 晶體中每個(gè) K+周圍有 8 個(gè) O2-，每個(gè) O2-周圍有 8 個(gè) K+C. 超氧化鉀的化學(xué)式為 KO2 每個(gè)晶胞含有 14 個(gè)K+和 13 個(gè)O2- D晶體中，0 價(jià)氧原子與-2 價(jià)氧原子的數(shù)目比可看作為3：1圖 2：將兩個(gè)相鄰的氧離子看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，此結(jié)構(gòu)即為 NaCl 晶體結(jié)構(gòu)。選定一個(gè)鉀離子為研究對(duì)象，通過(guò)該鉀離子沿 x、y、z 三軸對(duì)晶體進(jìn)行切割(想象出未畫出部分)，得下圖：可見(jiàn)，每個(gè)鉀離子周圍有 6 個(gè) O2-。同理晶體中與每個(gè) K+距離最近的 K+有 12 個(gè)。超氧化鉀的晶胞含有 4 個(gè)K+

4、和 4 個(gè) O2 所以化學(xué)式為-KO2。晶體中，0 價(jià)氧原子與-2 價(jià)氧原子的數(shù)目比32120- 12= 3 :1-2AD三、考查由二維平面中的空間想象能力。例 4：（2007 上海）AgI 晶體屬立方晶系，其晶胞的截面圖如下：Ag+I-zyxy=0y=1/4ay=1/2ay=3/4a仔細(xì)觀察可知（）A1 個(gè) Ag+周圍有 5 個(gè) I-C1 個(gè) I- 周圍有 4 個(gè) Ag+B1 個(gè) Ag+周圍有 4 個(gè) I-D1 個(gè)I- 周圍有 2 個(gè) Ag+：不難發(fā)現(xiàn)AgI 晶胞的截面圖復(fù)原如下圖，通過(guò)觀察為 B C 。當(dāng)然對(duì)于這樣的題目顯然是對(duì)我們空間想像能力的考查，如果加以訓(xùn)練、培養(yǎng)這樣的復(fù)原圖就自然的

5、我們的大腦之中。四、考查微粒間的排列形式，及計(jì)算能力。例 5：,立方體的每個(gè)面 5 個(gè)半徑為 144×10-10 m，求緊密堆砌(如圖其余各面省略)，(1)金晶體中最小的一個(gè)立方體含有個(gè)金屬原子。(2)金的密度為g·cm-3。： 由圖可知金晶體是面心立方體 ， 即金屬原子個(gè)數(shù)：8´ 1 + 6´ 1 = 482設(shè)立方體邊長(zhǎng)為 a，則： a2 + a2 = (4r)2 = 2 2 ´1.44´10-10 m則：M ´ 4197g ´ 4r = m = 19.4g / cm3va3 ´ N(2 2 ´

6、;1.44 ´10-8 cm)3 ´ 6.02 ´1023A實(shí)戰(zhàn)演練：1、2001 年報(bào)導(dǎo)硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超溫度的最高紀(jì)錄，如圖示意的是該化合物的晶體結(jié)構(gòu)單元，鎂原子形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有一個(gè)鎂原子，6 個(gè)硼原子位于棱柱內(nèi)，則該化合()C. Mg2B物的化學(xué)式可表示為A. MgBB. MgB2D. Mg3B22、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，一層鎂一層硼地相間排列，右圖是該晶體微觀空間中取出的部分原子沿 C 軸方向的投影，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。根據(jù)右圖確定硼化鎂

7、的化學(xué)式為AMgBBMgB2CMg2BDMgB63、右圖是正四面體的原子簇 Aun 一個(gè)三角面圖，根據(jù)該圖，確定 Aun 中的 n 數(shù)值為A.47B.18C.19D.204、下面二維平面晶體所表示的化學(xué)式為 AX3 的是4、1986 年，兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種性能良好的金屬氧化物超導(dǎo)體，使超導(dǎo)工作取得性進(jìn)展，為此兩位科學(xué)家獲得了 1987 年的 Nobel 物理學(xué)獎(jiǎng)。其晶胞結(jié)構(gòu)如圖。(1)根據(jù)圖示晶胞結(jié)構(gòu)，推算晶體中 Y，Cu，Ba 和 O 原子個(gè)數(shù)比，確定其化學(xué)式(2)根據(jù)(1)所推出的化合物的組成，計(jì)算其中 Cu 原子的平均化合價(jià)(該化合物中各元素的化合價(jià)為 Y+3，Ba+2，Cu+2 和Cu+3)試計(jì)算化合物中這兩種價(jià)態(tài)Cu 原子個(gè)數(shù)比實(shí)戰(zhàn)演練參考1、B2、B：3、D （提示將二維平面圖復(fù)原為4、 (1)YBa2Cu3O7 (2)Cu2+:Cu3+=2:1正四面體