高二化學競賽晶體習題例題

1、高二競賽輔導晶體結(jié)構(gòu)2006-6-161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(shè)某氯化鈉納米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 96% 2近年來科學家們發(fā)現(xiàn)由100個碳原子構(gòu)成具有完美對稱性的C100原子團，每個碳原子可形成4個化學鍵，最內(nèi)部是由20個碳原子構(gòu)成的正十二面體，外層的60個碳原子形成12個分立的正五邊形，處于中間層次的碳以單鍵方式將內(nèi)外層碳原子連接在一起，當它與氟的單質(zhì)反應形成分子時，其分子式應為（A）AC100F60 B.C100F20 C.C100F12 D.C100F403氫氣是重要而潔凈

2、的能源，要利用氫氣作能源，必須安全有效地儲存氫氣。有報道稱某種合金材料有較大的儲氫容量，其晶體結(jié)構(gòu)的最小單元如右圖所示。則這種合金的化學式為（ D ）。ALaNi6 BLaNi63 CLaNi4 DLaNi54原子簇化學是當前化學中最饒有興趣而又極其活躍的領(lǐng)域之一。當前比較全面的定義是由徐光憲、江元生等人提出的：凡以3個或3個以上原子直接鍵合構(gòu)成的多面體或籠為核心，連接外圍原子或基團而形成的結(jié)構(gòu)單元稱原子簇.分子式為CnHn的多面體碳烷是典型的主族簇合物，下面是已經(jīng)報道的碳烷多面體，請歸納總鍵數(shù)為(3n/2)+n=5n/2 ；若多面體邊數(shù)為l，則總鍵數(shù)用n和l表示為多少(4nl)5鎳砷合金的晶

3、體如右圖所示(1)試畫出該合金的晶胞圖(2)試寫出該合金的化學式(3)試計算該合金的密度(晶胞參數(shù)為a3602pm， c5009pm)(4)寫出各原子分數(shù)坐標(5)Ni利As的配位數(shù)分別為多少?它們各占有何種 空隙類型?6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(guān)注。該晶體的結(jié)構(gòu)可看作由鎂原子和鎳原子在一起進行(面心)立方最密堆積(ccp)，它們的排列有序，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(gòu)成兩種八面體空隙，一種由鎳原子構(gòu)成，另一種由鎳原子和鎂原子一起構(gòu)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(gòu)成的八面

4、體空隙中。1畫出該新型超導材料的一個晶胞（碳原子用小球，鎳原子用大球，鎂原子用大球）。2寫出該新型超導材料的化學式。答案：61 （5分）在（面心）立方最密堆積填隙模型中，八面體空隙與堆積球的比例為1 : 1, 在如圖晶胞中，八面體空隙位于體心位置和所有棱的中心位置，它們的比例是1 : 3，體心位置的八面體由鎳原子構(gòu)成，可填入碳原子，而棱心位置的八面體由2個鎂原子和4個鎳原子一起構(gòu)成，不填碳原子。62 MgCNi3（化學式中元素的順序可不同，但原子數(shù)目不能錯）。 （1分）788.1克某過渡金屬元素M同134.4升（已換算成標準狀況）一氧化碳完全反應生成反磁性四配位絡合物。該配合物在一定條件下跟氧

5、反應生成與NaCl屬同一晶型的氧化物。（1）推斷該金屬是什么；（2）在一定溫度下MO可在三氧化二鋁表面自發(fā)地分散并形成“單分子層”。理論上可以計算單層分散量，實驗上亦能測定。(a)說明MO在三氧化二鋁表面能自發(fā)分散的主要原因。(b) 三氧化二鋁表面上鋁離子的配位是不飽和的。MO中的氧離子在三氧化二鋁表面上形成密置單層。畫出此模型的圖形；計算MO在三氧化二鋁(比表面為178 m2/g)表面上的最大單層分散量（g/m2）(氧離子的半徑為140 pm)。答案131 （88.1g/MM） ：（134.4 L/22.4 L·mol-1） 1 : 4 （1分）MM58.7 g·mol-

6、1 M是 Ni （1分） （共2分）132 (a)主要原因是混亂度（熵）增加了（從表面化學鍵角度討論焓變、熵變和自由能變化也可）。(b)氧離子在氧化鋁表面作密置單層排列，鎳離子有規(guī)律地填入三角形空隙(圖)。 （密置層1分，填隙1分，共2分）1個“NiO”截面：(2rO2-)2 sin120o(2×140×10-12m)2 sin120o 6.79×10-20 m2 （2分）1m2Al2O3表面可鋪NiO數(shù)：1 m26.79×10-20 m2 1.47×1019 （1分）相當于： 74.7 g·mol-1×1.47×

7、1019 m-2 ÷ 6.022×1023 mol-1 1.82×10-3 g(NiO)/m2(Al2O3)1個“NiO”截面算成6.78×10-20 m2，相應的1m2Al2O3表面可鋪NiO數(shù)為1.48×1019，不扣分。8晶體是質(zhì)點（分子、離子或原子）在空間有規(guī)則地排列而成的、具有整齊的外形、以多面體出現(xiàn)的固體物質(zhì)。在空間里無限地周期性地重復能成為晶體具有代表性的最小單位，稱為單元晶胞（平行六面體）。晶胞頂點質(zhì)點對其晶胞的貢獻為1/8，棱上質(zhì)點為1/4，面上質(zhì)點為1/2。1987年科學家發(fā)現(xiàn)了高溫超導體釔鋇銅氧材料，其晶胞如右圖所示。若該

8、晶胞中不存在氧空位，則該材料的理想化學式為，Cu的實際氧化數(shù)為。事實上該材料中存在著氧空位，實際測量該材料的密度=6.377g·cm-3，列式推算出該材料的化學式（已知晶胞參數(shù)為a=0.3823nm，b=0.3885nm，c=1.168nm），在該材料中Cu的氧化數(shù)為；該晶胞中氧空位的分數(shù)為。有的材料中氧空位分數(shù)會增加，這是因為；有材料中氧空位分數(shù)會減少，這是因為。41. （16分）Ba2YCu3O9 (2分) +3, +4(各1分)（2分）（用數(shù)字表示正確的，同樣給分）Ba2YCu3O7 (2分) +2, +3 (各1分) 2/9 (22.22%) (2分)根據(jù)電荷守恒原理，當+2

9、氧化態(tài)Cu含量增大時，氧空位分數(shù)會增加。(2分)當+3氧化態(tài)Cu含量增大時，氧空位分數(shù)會減少。(2分)9如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(jié)構(gòu)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(shè)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？ 化學式 LaFe4Sb12（2分）（寫La2Fe8Sb24 扣1分）鐵的氧化態(tài) 9/4 = 2.25 （1分） 計算化學式的過程如下：晶胞里有2個La原子（處于晶胞的頂角和體心）；

10、有8個Fe原子（處于銻形成的八面體的中心）；銻八面體是共頂角相連的，平均每個八面體有6/23個銻原子，晶胞中共有8個八面體，8x3=24個銻原子；即：La2Fe8Sb24。其他合理過程也可。（3分）10LiCl和KCl同屬NaCl型晶體，其熔點分別為614和776。Li+、K+和Cl-的半徑分別為76pm、133pm和181pm。在電解熔鹽LiCl以制取金屬鋰的生產(chǎn)工藝中，加入適量的KCl晶體，可使電解槽溫度下降至400，從而使生產(chǎn)條件得以改善。有人認為，LiCl和KCl可形成固溶體（并畫出了“固溶體的晶胞”）。但實驗表明，液相LiCl和KCl能以任意比例混溶而它們的固相完全不混溶（即不能生成

11、固溶體！）。請解釋在固相中完全不混溶的主要原因。在固相中，離子呈周期性排列，對“相似相溶”的“相似條件”的要求比液相中嚴格得多。LiCl和KCl的結(jié)構(gòu)型式相同，Li+和K+的電價相等，Li和K的電負性差別也有限。顯然，兩個組分在固相中完全不互溶源于Li+和K+的半徑差別太大。 （2分，關(guān)鍵要回答出最后一句話） 寫出計算LiCl和KCl兩種晶體密度之比的表達式(須包含離子半徑的符號)； (2分) 只寫出最后的表達式也可 在KCl晶體中，K+離子占據(jù)由Cl- 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。 =(133+181)×2pm444pm 實驗證明，即使產(chǎn)生了陽離子

12、空位，KCl晶體在室溫下也不導電。請通過計算加以說明?？砂慈缦滤悸氛f明：離子晶體能夠?qū)щ娛怯捎陔x子離開原位而遷移到距離最近的空位所致。遷移中必須經(jīng)過由異號離子圍成的最小窗孔。比較離子半徑和窗孔的大小，可判斷能否發(fā)生遷移，即能否成為快離子導體。取體積為KCl正當晶胞體積1/8的小立方體（見圖）來考慮。三個分布在正當晶胞0，0，0；1/2，0，1/2；0，1/2，1/2位置的Cl-圍成的三角形半徑為： 該半徑遠小于K+的半徑, K+不能穿過此窗口，因而KCl晶體不能成為固體離子導體。 大白球為Cl-, 黑球為K+, 虛線球為空位11例題：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

13、對它的吸引或排斥的靜電作用力。設(shè)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，則：1第二層離子有 12 個，離中心離子的距離為 ，它們是 鈉 離子。2已知在晶體中Na+離子的半徑為116pm，CI-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)。 V晶胞=2´(116pm+167pm)3=181 ´106pm3 V離子=4 ´ (4/3)´p(116pm)3+ 4 ´ (4/3)´p(167pm)3 =104´106 pm3 V離子/ V晶胞=57.5%3納米材料的表面

14、原子占總原于數(shù)的比例極大，這是它的許多特殊性質(zhì)的原因，假設(shè)某氯化鈉納米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。 26/27=96%4假設(shè)某氯化鈉顆粒形狀為立方體，邊長為氯化鈉晶胞邊長的10倍，試估算表面原子占總原子數(shù)的百分比。 10倍晶胞的納米顆粒的離子總數(shù):213=9261 9倍晶胞的納米顆粒的離子總數(shù):193=6859 10倍晶胞的納米顆粒的表面離子數(shù): 6959-9261=2402 表面原子數(shù)所占比例：2402/9261=26%12某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，x位于立方體的頂點，y位于立方體的中心，試分析：（1）晶體中每個y同時吸引著多少

15、個x？（4個）每個x同時吸引著多少個y？（8個）該晶體的化學式為？（xy2）（2）晶體中在每個x周圍與它最接近且距離相等的x共有多少個？（12個）（3） 晶體中距離最近的2個x與1個y形成的夾角xyx角度為多少？（109°28）（4）該晶體的摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1，晶體密度為g·cm-3，阿佛加德羅常數(shù)為NA，則晶體中兩個距離最近的x中心間的距離為多少？13碳的第三種單質(zhì)結(jié)構(gòu)C60的發(fā)現(xiàn)是國際化學界的大事之一。經(jīng)測定C60晶體為面心立方結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)a1420pm。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具有超導性，超導臨界溫度為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)a1424pm。阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023mol1，請回答：1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。2K3C60晶體的晶胞中有多少個K？它們位于晶胞中何處？3同一溫度下，C60的晶體密度為多少？ K3C60