高中化學(xué)競賽總訓(xùn)練5晶體結(jié)構(gòu)

1、晶體結(jié)構(gòu)訓(xùn)練1. (1)一種金屬化合物中晶體結(jié)構(gòu)為立方面心點陣，Mg原子釆用類似金剛石的排列.每4個Cu原子形成四面體，相互之間共用頂點連接起來.排布在Mg原子的空隙中。請問該晶 胞中有個原子，該金屬化合物最簡式為o(2) 以草酸鐵和草酸鋅為原料，按一定比例溶于水中充分攪拌混勻，加熱并蒸去混合溶液的 水分：逐漸共沉淀卜來，產(chǎn)物幾乎為Fe*與Zn"均勻分布的的固溶體型草酸鹽混合物， 過濾、灼燒，即成很好的固相反應(yīng)原料“前驅(qū)物”的制備一一即一種尖晶石型物質(zhì)A： O,一作立方最密堆積，z+占據(jù)1/8的四面體空隙，F(xiàn)e*占據(jù)1/2的八面體空隙。請寫出 該反應(yīng)的化學(xué)方程式o2. 立方晶系中為什

2、么不存在底心立方晶胞？為什么不帶電荷的原子或分子都不以簡單立方形成 晶體？為什么對于相同的單質(zhì)而言，六方緊密堆積(hep)結(jié)構(gòu)和立方緊密堆積(ccp)貝有 相同的密度？在這兩種緊密堆枳中，原子的配位數(shù)是多少？O-o處與頂心， 上、中、 K南面心, 梭心為o 原子處與體內(nèi) 的4個為Pd原子3. PdO屬四方晶系，在其晶體中，Pd原子和O原子分別以 層狀排布，其中O原子層與層之間能夠完全重合，而Pd原子 則每隔一層重復(fù)一次，試畫出PdO的晶胞，并指出距Pd最近 的原子有幾個，呈何種立體構(gòu)型？4. 己知Cu為立方面心結(jié)構(gòu)，其原子量為63.54,密度p = 8.936g/cm晶胞參數(shù)為3.165&am

3、p;,試 求:(1)阿佛加徳羅數(shù).(2)銅的金屈半徑5. 鐵存在幾種晶型：體心立方的a型和面心立方的y型等等，在910°C時.a型可以轉(zhuǎn)變成y型。假設(shè)在轉(zhuǎn)變溫度條件卜，赧相鄰的兩個鐵原子Z間的距離是相同的，試計算在轉(zhuǎn)變溫度條件 下.a型對y型的密度之比為務(wù)少？6. 金屬Cu屬于立方面心結(jié)構(gòu)(1) 分別畫出(111)、(110)和(100)晶面上6原子的分布情況(2) 計算這些面上的原子堆積系數(shù)(=球數(shù)x球面積/球占面枳)7. 卞列幾種具有NaCl結(jié)構(gòu)的化合物，它們之間的陽一陰離子距離列表如下：MgO2.10AMgS2.60 AMgSe2.73 AMiiO2.24 AMnS2.59 A

4、MnSe2.73 A(1) 你如何解釋這些數(shù)據(jù)？(2) 從這些數(shù)據(jù)中，計算S?離子的半徑。8. 金屬鈦屬于立方面心晶體。它與碳或氫氣反應(yīng)，形戌碳化物或氫化物，外來的原子分別占滿 金屬鈦晶體存在的不同類型的空隙。(1) 氫原子、碳原子分別占冇什么樣的空隙？對你的判斷解釋之。(2) 寫出鈦化碳和鈦化氫的化學(xué)式9. 一個Ca和C的二元化介物具有四方晶胞：a = b = 3.87A, c =6.37A, (a=y = 90°),晶胞圖如右圖，圖中鈣原子用較人的黑圓圈表示()，碳原子用 空心圓陰表示(。)。在位于原點的鈣原子上面的碳原子的坐標為為x = 0. y=0, z = 0 406.(1

5、A= lOcm)(1) 導(dǎo)出這個化合物的化學(xué)式為，(2) 一個晶胞中所含的化學(xué)式單位的數(shù)目為,(3) C2基團中CC鍵長為A, 最短的Ca-C距離為A.(5) 兩個最短的非鍵CC間距離為、A,(6) 這一結(jié)構(gòu)與型離子化合物的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。10. 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， 具白整備的外形，以多面體出現(xiàn)的固體物質(zhì)，在空閭里無限地周 期性的重復(fù)能成為晶體具有代表性的瑕小單位，稱為單元胡胞。 一種Al-Fe合金的立方晶胞如右圖所示，請回答：(1) 導(dǎo)出此晶體中Fe原子與A1原子的個數(shù)比，并寫出此種合金 的化學(xué)式。(2) 若此晶胞的邊長a = 0.578nm,計算此合金的

6、密度OFe(3) 試求Fe-Al原子之間的最短距離(相對原子的質(zhì)量：Al:27 Fe:56)11. 有一種輛(La)、銀合金，屬六方品系，晶胞參數(shù)為a = 511pm, c = 397pm(1) 參考右圖，試畫出該合金的晶胞(2) 根據(jù)此晶胞.試導(dǎo)出該晶胞的化學(xué)式(3) 該合金能儲存氫7,每個晶胞填6個氫原子比較穩(wěn)定，試 求此合金中氫氣的密度(假定吸氫后，體積不便)(4) 試求它與在標準狀態(tài)下氫氣的密度之比(5) H2能夠為鋤銀介金所吸收.H2首先需要原子化H2H. 這是由于H?與合金表面的Ni相互作用所致，試用分子軌 道理論解秤12銅礦足垠重要的銅礦，全世界約三分之二的銅足由它握煉的。G O

7、 Cu Fe S(1) 右圖為黃銅礦的晶胞，計算該晶胞中齊種原子的數(shù)目，寫出黃銅礦的化學(xué)式(2) 在黃銅礦的晶胞中，化學(xué)和空間壞境都相同的硫原子、鐵原子、銅原子各有兒個？在黃 銅礦晶胞中含幾個結(jié)構(gòu)基元(周期性重復(fù)的最小單位)？每個結(jié)構(gòu)基元代表什么？(3) 在高溫2黃銅礦晶胞中的金屬原子町以發(fā)生遷移。若鐵原子與銅原子發(fā)生完全無序的 豐換，可將它們視為等同的金屬原子，請畫出它的晶胞，每個晶胞中環(huán)境相同的硫原子 有幾個？(4) 在無序的高溫結(jié)構(gòu)中，硫原子作什么代表類型的堆積？金屬原子占據(jù)什么類型的空隙， 該類型的空隙被金屬原子占據(jù)的分數(shù)是多少？ 實驗表OJb CuGaS2>flJCu2FeSn

8、S4與黃銅礦的結(jié)構(gòu)類型相同，請據(jù)此推測黃銅礦與鐵的氧 化數(shù)。13. 將一定屋的純粹的N1O晶體在氧氣中加熱，部分N產(chǎn)被氧化為N1X得到氧化物NO,測 得該氧化物的密度為6.47gcm_已知Ni的相對原子質(zhì)最為58.70,純粹的N1O晶體具的 NaCl型結(jié)構(gòu)，核間N1O的距離為207.85pm, O?的離子半徑為140pm(1) 畫出純粹的N1O立方晶胞(2) 計算N&O的晶胞參數(shù)(3) 計算x值，并寫出該氧化物的化學(xué)式(要求標明Ni元素的價態(tài)) 在N1Q的晶體中，O采取何種堆積方式？ N1在此堆枳中占據(jù)哪種空隙？占據(jù)的百分比是多少？(5) 在N&O的晶體中，N1N1間的繪短距離

9、是務(wù)少？(6) 將N&O的晶與N1O晶體比較.N1和O的配位數(shù)有何變化(指平均情況)14. 經(jīng)X射線分析鑒定，某一離子晶體屬于立方晶系.其晶胞參數(shù)a=403.1pnio晶胞頂點位豐 為T14"所占，體心位置為Ba”所占，所有棱心位置為O?所占。請據(jù)此回答或計算：(1) 用分數(shù)坐標表達各離子在晶胞中的位置。(2) 寫出此晶體的化學(xué)式。(3) 指出晶體的點陣型式和結(jié)構(gòu)基元。(4) 指出T十的氧配位數(shù)和Ba"的氧配位數(shù)。(5) it®兩種正離子的半徑值(O?半徑為140pm)。(6) Ba*和O,聯(lián)合組成哪種型式的堆積？(7) O,的配位情況怎樣？15. 金剛右

10、的立方晶胞如右圖所示.晶胞邊長a = 356 6pm(1) 列式計算CC鍵長(2) 列式計算碳原子的空間利用率(3) 說明金剛石硬度大的原因16. C®分子晶體屬于NaCl型.根據(jù)C®分子晶體的晶胞圖，回答卜列問題：(1) C®分別占據(jù)立方體的什么位置？(2) 在晶胞中C®分子可以國成哪幾類空隙？(3) C®分子數(shù)與這些類型空隙數(shù)之比(最簡單整數(shù)比)為多少？(4) 當堿金屬元素全部占滿C®晶體中所有空隙，這類Ceo摻雜物才有超導(dǎo)性。若用金屬鋰 填滿后，請寫出該摻雜物的化學(xué)式。(5) 室溫下，C60晶體的晶胞參數(shù)a = 14.20A(l

11、A = 10'scm),計算金屬填隙前.Ceo分子晶體 的密度是多少？填滿Cs后，該晶體的密度是多少？(Cs的相對原子質(zhì)量：132.9)17. 金屬單晶的結(jié)構(gòu)可用等徑圓球的密堆積模擬。常見的最緊密堆積型式 有立方最密堆積和六方密堆積。立方最密堆積的晶胞如圖一。請用"X"和分別標出其中的正四面體空隙和正八 面體空隙的中心位置，算晶體中球數(shù)、四面體空隙數(shù)和八面體空隙數(shù)之比，并計算此種堆積的空間利用率。圖1圖2 六方密堆積如圖二所示。請用"X"和“”分別標出其中的正四面體空隙利正八面體 空隙的中心位置，計算此晶體中球數(shù)、四而體空隙數(shù)和八面體空隙數(shù)之比，

12、并計算此種 堆枳的空間利用率。 已他離子半徑的數(shù)據(jù)：rTx3+ = 77pm, ref = 181pm：在TiC13晶體中，取CT六方密堆積 的排列，T產(chǎn)則是填隙離子，請回答：T1*離子應(yīng)填入由CT離子鬧成的哪種多面體空隙？ 它占據(jù)該種空隙的百分數(shù)為多少（寫出推算過程）？它填入空隙的町能方式右?guī)追N？15今年3月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K呈超導(dǎo)性，町能是人類 對超導(dǎo)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，右圖是該晶體微觀空間取出的部分原子沿C軸方向的投影，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。(a=bHc

13、, c軸向上)(1) 根據(jù)右圖確定硼化鎂的化學(xué)式。畫出硼化鎂的一個晶胞的透視圖，標出該晶胞內(nèi)、面、棱、頂角匕町能存在的所有硼原 子和鎂原子(鎂原子用人白球，硼原子用小黑球表示)。16石墨晶體由層狀石墨“分子”按ABAB方式堆枳而成.如圖一所示圖中用虛線標出了石 墨的一個六方晶胞。(1) 試確定該晶胞的碳原子個數(shù)。(2) 寫出晶胞內(nèi)各碳的原子坐標。(3) 己知行墨的層間距為334.8pmCC鍵長為142pm,計算石墨晶體的密度。17.石墨可用作鋰離子電池的負極材料，充電時發(fā)生卜述反應(yīng)：LK6 + xL廠 + xe > L1C6其結(jié)果是，IT嵌入石墨的A.B層間，導(dǎo)致石墨的層堆積方式發(fā)生改變

14、.形成化學(xué)式為LiC6 的嵌入化合物。(1)圖二給出了一個IT沿c軸投影在A層上的位置.試在圖上標出與該離子臨近的其它六 個LT的投影位豐。(2) 在L1C6中，LF與相鄰石墨六元環(huán)的作用力屬何種鍵型？(3) 假想石墨每個六元環(huán)卞都對應(yīng)一個L譏 寫出其化學(xué)式，畫出晶胞圖(c軸向上)。1&處于氧離子組成的正八面體體心位員，但處于不同層中。 將化學(xué)計量的N1O和L1OH在空氣中加熱到700°C "J得LiNiO2,試寫出反應(yīng)方程式。(1) 寫出L1N1O,正極的充電反應(yīng)方程式。(2) 鋰離子完全脫嵌時LiNiCh的層狀結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，用鋁離子取代部分銀離子形成L1N1】

15、AlyO2可防止鋰離子完全脫嵌而起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用.為什么？19. 固體電解質(zhì)是MVi強電解質(zhì)水溶液的導(dǎo)電性相當?shù)念悷o機固體。這類固體通過其中的離 子遷移進行電荷傳遞，因此又稱為固體離子導(dǎo)體。固體電解質(zhì)取代液體電解質(zhì)，町以做成全 固態(tài)電池及其它傳感器、探測器等，在電化學(xué)、分析化學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用口益廣泛。碘化銀貝有久0和y等多種晶型。在水溶液中Ag亠與沉淀形成的是y-Agl和 Mgl 的混合物，升溫至136C全變?yōu)轸轆gl,至146C變?yōu)閍-Aglo a-Agl是-種固體電解質(zhì)，導(dǎo) 電率為(注：強電解質(zhì)水溶液導(dǎo)電率為10_1 rricm)。y= 1a7-AgI和0-AgI晶體的導(dǎo)電性極差。其中y-

16、Agl晶體屬立方晶體，其晶胞截面圖如上所示。 圖中實心圓和空心圓分別表示Ag*和I一，a為晶胞邊長。試指出和嚴Agl晶體的點陣型 式和Agt各自的配位數(shù)(己知通常Ag的半徑為100150pm)。ot-Agl晶體中，離子収體心立方堆枳，Ag填允在其空隙中。試指出a-Agl晶體的晶胞中.八面體空隙、四面體空隙各有多少？(3) 通常Ag離子半徑有一個變化范圍，為什么？(4) 實驗發(fā)現(xiàn)，a-Agl晶體中能夠遷移的全是Ag.試分析Ag能夠發(fā)生遷移的町能原因。(5) 用一價正離子部分取代a-Agl晶體屮的Ag離子得通式為MAgxIRx的化合物。如RbAg4l5晶體.室溫導(dǎo)電率達0.271QJcnT'

17、;。 其中遷移的物種仍全是Ag利用RbAgJs 晶體，可以制成電化學(xué)氣敏傳感器，下圖是 一種測定6含屋的氣體傳感器示意圖。被分 析的02可以通過聚四氛乙烯薄膜.O：的含量 町以由電池電動勢變化得知。 寫出傳感器中發(fā)生的電極反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)方程式。為什么由電池電動勢的變化"以得知O?的含呈？20. 最近有人用一種稱為“超酸”的化介物H(CBnCW和C®反應(yīng)，使Ceo獲得一個質(zhì)子，得 至I 一種新型離子化合物HC60CBi冋C16(1) 以上反應(yīng)看起來很陌生但反應(yīng)類型上可以跟中學(xué)化學(xué)課本中的一個化學(xué)反應(yīng)相比擬，后者是：O(2) 上述陰離子CBiHCk廠的結(jié)構(gòu)可以跟圖a的硼二十面體

18、比擬,也是一個閉介的納米籠, 而IL CBnHCkr離子有如卜結(jié)構(gòu)特征：它有一根軸穿過籠心依據(jù)這根軸旋轉(zhuǎn)36075 的度數(shù)，不能察覺是否旋轉(zhuǎn)過。請在圖a右邊的圖上添加原子(用元素符號表示)和短 線(表示化學(xué)健)畫出上述陰離子。21 研究離子晶體，?？紤]以一個離子為中心時，其周國不同距離的離子對它的吸引力或排斥的 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) 第二層離子是離子，有個，它們離中心離子的距離為d,o(2) 已知在晶體屮Na離子的半徑為116pm, CT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)

19、 納米材料的表面原子占原子數(shù)的比例極人，這是它的許務(wù)特殊性質(zhì)的原肉，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。(4) 假設(shè)某氯化鈉顆粒形狀為立方體，邊長為氯化訥晶胞邊長的10倍，試估算表而原子占 總原子數(shù)的百分比。22. 理想的宏觀單一晶體呈規(guī)則的務(wù)面體外形。多面體的面叫晶面。今有一 枚MgO單晶如右圖所示。它有6個八角形晶而和8個正三角形晶而。宏 觀晶體的晶面是與微觀晶胞中一定取向的截面對應(yīng)的。己知MgO的晶體 結(jié)構(gòu))/4 NaCl型。它的單晶的八角形而對應(yīng)于它的晶胞的面。請指出排列 在正三角形晶面上的原子(用元素符號表示原

20、子，至少畫出6個原子并 用直線把這些原子連起，以顯示它們的幾何關(guān)系)。23. 最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構(gòu)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(xué)式是a24. 磷化硼是一種啟用的耐磨材料。它是由三溪化硼和三漠化磷在氫'(氣氛中.高溫(>750°C)卜制得的。這種陶瓷材料用作金屬表面的防護薄膜。BP形成閃鋅礦型(立方緊密堆枳)結(jié)構(gòu)。(1) 寫出生成BP的反應(yīng)方程式。(2) 畫出三澳化硼和三澳化磷的路易斯結(jié)構(gòu)式。(3) 畫岀BP的晶胞圖。(4) 給出晶胞中BP的組成。(5) 已知晶胞參數(shù)為a = 4.781,試計算BP

21、的密度(kgm_)。(6) 計算硼原子與磷原子之間的最短距離。25. 約三分之二金屬晶體采取密堆枳結(jié)構(gòu)。每一個原子盡可能地被鄰近的金屬原子包闈。結(jié)構(gòu)中 的所有原子在結(jié)構(gòu)上是等同的(identical),可以看作是等徑圓球。(1) 用圓球畫出密置的二維模型。在這種模型中.有哪兒類空隙？試推岀球數(shù)與空隙數(shù)的比例 關(guān)系。(2) 將匚維模型改變成三維模型，將出多少種堆積方式？每個原子的配位數(shù)多人？ 下圖的排列稱為面心立方(cubic-F)：(見圖1)(3) 請在圖1上畫出密堆枳層。(4) 計算圖1的空間利用率，它是簡單立方堆積的多少倍？并與簡單立方堆積對比。(5) 畫出面心立方密堆積結(jié)構(gòu)中的四面體空隙

22、和八面體空隙。推出球數(shù)與空隙數(shù)的比例關(guān) 系。四面體排列的理想半徑比皿/(6) 試計算為陽離子一陰離子和陰離子一陰離子相互接觸時. rXo (見圖2)圖1圖2(7) 試計算陽離子一陰離子和陰離子一陰離子相互接觸時，八面體排列的理想半徑比rM/rXo (見圖3)2003年3月口本筑波材料科學(xué)國家實驗室一個研究小組發(fā)現(xiàn)首例帶結(jié)晶水的晶體在5K下星 現(xiàn)超導(dǎo)性。據(jù)報道，該晶體的化學(xué)式為NaojsCoO：1.3HQ ,具有 -Co02-H20-Na-H20-Co02-H20-Na-H20-層狀結(jié)構(gòu)；在以 “CoO?” 為 騎 故簡式表示的二維結(jié)構(gòu)中，鉆原子和氧原子呈周期性排列，鉆原子被4 fz-J/X 個

23、氧原子包用，co-o鍵等長。以o代表氧原子，以。代表鉆原子，畫 出coO層的結(jié)構(gòu)，用粗線畫出兩種二維品胞。町參考的范例是：石墨 牧嚴 的二維晶胞是右圖中用粗線鬧攏的平行四邊形。五、晶體結(jié)構(gòu)答案1. (1) 24, MgCu2(2) Fe2(COO)23+Zn(COO)2=ZiiFe2O44-4CO t +4CO2 f2. 因為立另晶系中，六個面都是奮價的，若有底心立方晶胞存在，則必仃面心立方晶胞存在，故 立方聶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)以共價鍵連接，簡 單立方中的兩個原子之間距離又太人，不利于共價鍵形成，所以不帶電荷的分子或原子往往

24、采取 六方或立方最緊密堆積或立方體心密堆積。由于六方最緊密堆枳結(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。3分析：PdO屬四方晶系，其中Pd原子則每隔一層甫復(fù)一次，說明晶胞中有兩類不同空間壞境 的Pd原子，考慮到Pd常采用四配位，Pd"采用dsh雜化星平面四方形，故聶胞中含尙四個Pd 原子。做圖如右。距離Pd原子最近的原子為氣原子，冇4個，呈平而四方形。4. Cu為面心立方晶體，1個晶胞中Cu原子個數(shù)=8X(l/8) + 6X(l/2)= 4(1) p =4x63_ =8.936,解得 Na= 8.971 xlO23P V N

25、ax(3.165)3x10-24a 4匕=辰r = &a/4 =L119A4M.5. TFe原子半徑是相同的，在a型中，久=上冬在卩型中，2=尹務(wù)NaI aa比 a，在 a 型中，4r = >/3aa , /. aa = 4r/>/3 :在 y 型中，4r = V2ay, A ay = 2f2r q 一 2Mn_ 4MFePa比仙/'Py NaU2屈)3 = -( = = 0.9186Py 2(4r/Q86.m QO： A(KK)(110)(111)原子堆積系 1S(ioo)=(4xl/4tl)；rr' =2卄(2>/2r)2=r0-7854原子堆積系

26、數(shù)。尸(4x1/44-2x1/2)- = JL = 0.5554V2a24V2原子堆積系數(shù)an尸(3：1/鐵3嚴/2)加-=如 =09069(1/2)(岳尸 x sin 60°67. (1) MgO與MnO的dM_oW差很人，這說明O?闈成的正八面體空隙小，而Mg*、Mn*的 半徑差別人，導(dǎo)致而S2->ftl Se2-半徑人，幗成的正八面體空隙既人于5于， 又人于Mn"，所以氐貞&應(yīng)，dgSe = dMnSe，相'"1 "F Mg和Mll在S"和Se_H成的正 八面體空隙中“擾動”。(2) 在 MgS 中，S離子是相切的，

27、即 2rs>=a,而 2(r$>+rM|>)= >/2 a 7x2 空=2X2.60 A,=184 A& (1) I 10c，氫原子占有正四而體空隙，碳原子占有正八而體空隙，而金屬鈦屈于面心 立方，用成正四面體空隙利正八面體空隙，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。 對于而心立方晶體.球數(shù):正四面體空隙:正八而體空隙=1 ： 2 ： E A碳化鈦的化學(xué)式 為T1C,氫化鈦的化學(xué)式為TiH2。(1) Ca2*： 8xl/8 + 6xl/2 = 4, C22: 12x1/4 + 1 = 4,化學(xué)式為 CaC?。(2) 一個晶胞中所含的化學(xué)式單

28、位的數(shù)目為4。(3) C2 基團中 CC 鍵長=c-2X0 406c=0.188X6.37=1.20 A。(牛尸 + (UC嚴)2 = J(i.935)?+(0.60)2 = 2 03第一種最短的非鍵CC間距離=fa = 2.74第二種最短的非犍CC間距離=Jg)2 +(吐竺學(xué)二2臂丄=2.17 A,(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):沿c軸方向排列，使c軸 變成6.37 A 03.87 A),即從立方變成了四方晶胞。10. (l)Fe： 8x1/8 + 6x1/2 + 12x1/4 + 1 + 4 = 12, Al： 4Fe : Al=12 : 4=3 : b

29、 化學(xué)式為 Fe3Alo12MFe + 4MA1(15x56 + 4x27) g/mol6.022x 1023 x(0.578)3 xlO-21 cm'/mol=6.71g/cm3(3) dFt_Ai= V3a/4 = >/3 x 0.578/4 = 0.250 (nm)11. (1)見右圖。(2) La： 8xl/8 = l, Ni： 8xl/2 + l = 5,化學(xué)式為LiNis。_ 6Mh _6x1 g/molP NAa2c x siii 120° 6.022 x 1023 x (511)3 x 397 x IO-30 x y/1 cmVmol =0.111 g/

30、cm3p°(STP)=°2 4：io3 (glcm-3) = 8.929xlO-5 (glcm“)&929x10£=0111=12430 1.24 xlO3PoH?的分子軌道能級圖為:IsCuFe S當H?與Ni相互作用時，Ni原子上的3d電子可以占有Hi的軌道上，使比的鍵 級減小，變小，導(dǎo)致氫分子原子化變得更加容易。12. (1) Cu： 8xl/8 + 4xl/2 + l = 4, Fe： 6xl/2 + 4xl/4 = 4, S： 8 Cu ： Fe ： S = 4 ： 4 ： 8 = 1 ： 1 ： 2,化學(xué)式為 FeCuS2o(2) 品胞中含有2

31、個化學(xué)和空間環(huán)境都相同的硫原子,2個柑同的鐵原 子，2個相同的銅原子。晶胞中含有2個結(jié)構(gòu)基元，結(jié)構(gòu)基元為Cu2Fe2S4o(3) 晶胞為原晶胞的一半。每個晶胞中有4個化學(xué)和空間環(huán)境都相同的硫原子。(4) 硫原子作立方面心堆枳，金屬原子占據(jù)硫原子附成的正四面體空隙，空隙占有率為50%。rh于CtiGaS.和Cu2FeSnS4中Ga為+3氧化態(tài).Sn為+4 氧化態(tài)，S為-2氧化態(tài)，則Cu為+1氧化態(tài)，所以在 CuFeS,中Cu為+1氧化態(tài) Fe為+3氧化態(tài)。oNi O13. (l)NiO晶胞如右圖。(2) a=2dN1_o= 2 X 207.85 pm=415.70pm 4xM“ + 4M。= 6

32、47 Noa34xx58.70 + 4xl6/ : = 6.47 6.O22xlO23x(415.7O)3xlO-30解得x=0.92令0.92中N產(chǎn)為y,3y+2(0.92-y)=2,解得y=0.16,二有缺陷N1O的分 子式為Ni®NiOo 在NiQ晶體中，O,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) gi嚴 JIa/2 = 0.707X415.70 = 293.90 (pm)(6) 在NO中，Ni的配位數(shù)與N1O中一致，都是六配位，而O,的配位數(shù)降低，其平均配 位數(shù)可看作“6X0 92 = 5.52”。14. (1) Ti4*:0,0,0;

33、Ba2+:l/2,l/2,l/2;O2:1/2,0,00,1/2,00,0,1/2。(2) BaTiO3(3) 晶體的點陣型式為簡單立方，一個晶胞即一個結(jié)構(gòu)基元。(4) T14*的氧配位數(shù)為6, Ba*的氧配位數(shù)12。(5) 在晶胞的棱上，T1*和O、互相接觸，故1V=7a-ro3_ = x403.1-140= 61.6pmBa牛和O、在高度為l/2a且平行于立方晶胞的而對角線方向上互相接觸，因而g. =|V2a-r0> = 145 pm(6) 聯(lián)合組成立方最密堆枳。(7) O2-的鈦配位數(shù)為2, O?一的領(lǐng)配位數(shù)為4。15. (l)dc c= >/3a/4 = >/Jx35

34、6.6/4 =154.4pm8x -r38 x ( a x )3反 空間利用率=3=_4_= 2 = 34.01%a3a316(3) 金剛石是CC之間的共價鍵連接的三維結(jié)構(gòu)(即每個C原子都采取sp雜化)，由于共 價鍵鍵能強，所以雖然金剛石的空間利用率很低，但硬度很大。16. (1) C60分了分別占據(jù)立方體頂點和面心。(2) 正四面體空隙和正八面體空隙。(3) Cw分子:正四面體空隙:正八面體空隙=1 ：2： 1.= 1.67 (grcm"3)(4) CWCS34x12x60Pc6° " 6.022x 1023 x(14.20)3 xlO"24=2.60

35、 (g em"3)4x12x60 + 12x132.9Pu4 _ 6.022x l023 x(14.20)3 xIO-2417.(1)在立方最密堆積中，球數(shù)=8x(l/8) + 6x(l/2) = l + 3 = 4個，n 四向體空 -)=8、銖 ©)=1 2 < (1/4) = 4 個. 球數(shù):正四而體空隙:正八面體空隙=4：8：4=1：2：1?？臻g利用率=4x4r3/34x4r3/3 近“八= = /r = 74.05 %a3(2>/2r)36(4r = >/2a)在六方密堆積中，球數(shù)：正四面體空隙:正八面體空隙=1 ：2： U可以用兩種方法證明：第一

36、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 而體空隙：正八面體空隙=2：2：1,由于每一層都為上卞兩層共享，.球數(shù)相當于計算了 2次。在六方密堆積中，球數(shù)：正四面體空隙：正八面體空隙=l：2：lo第二種方法：在六方晶胞中，球數(shù)=8xl/8 + l = l + l>,2正四面體空隙=4xl/4 + l + l + 4xl/4傘4正八面體空隙=2個.故證得?？臻g利用軋款為8卄/3(2r)2 x2hx>/3/2空間利用率=霉=字=74.05 % 張/rci = 77/181= 0.425 > 0414： T產(chǎn)離子應(yīng)填入由CT離子圍成正八面體空隙。由于

37、 C1離子采取六方密堆積排列，CT離子數(shù)：正八面體空隙=1 : 1,而T產(chǎn):Cf= 1 : 3,T產(chǎn) 離子占正八面體空隙的占有率為1/3。T產(chǎn)離子填入空隙的町能方式肴3種，從第14題(2)中町知，由三個不同取向晶胞拼成的圖 形中有六個正八面體空隙(),構(gòu)成了三角棱柱，這六個正八而體空隙中要排兩個T產(chǎn)離子 (3:1),顯然有三種：15 (l)Mg比(2)16. (1)該晶胞中碳原子個數(shù)為：8xl/8 + 4xl/4 + 2xl/2 + l = 41 1 71 1(2) 碳原子坐標為(000), (0A-)> (一匸Q).2 3 33 3 2(3) c = 2X 334.8 pm = 669

38、.6 pma = >/3 jdc< = y/3 x 142 pm = 245.9 pm17. 在LiC6中.Li+與相鄰石墨六元環(huán)的作用力屈離子鍵型。也 摻入后，xLi-xe->xLr>x個電子進入右墨層中，形成型離域兀鍵而帶C電荷，.它們Z間是離子鍵相互作用?；瘜W(xué)式為LiC2o19.19.18.(1) 2N1O + 2L1OH + 丄 O? = 2L1N1O2+2H2O2(2) LiNiO： 一 xe > L1N1O2 + xLrTN1的氧化數(shù)有+2、+3、+4,而Al只有+3氧化態(tài)，如果N1都被氧化到+4氧化態(tài)，那 么鋰離子可以完全脫恢，形成N1O2,但有yA

39、尸存在，必有ylT形成yLiAlO?,用鋁離 子取代部分傑離子形成LiNu ?AlyO2,完全可以防II：鋰離子完全脫嵌而起到穩(wěn)定L1N1O, 結(jié)構(gòu)的作用。(1)尸0,指xy平面，廠分布為 E(頂點、面心有)； 尸丄a,指xy半面之間的斗，I分布為 田 I都在面心);19.點陣型式為立方而心，由于Ag離子占右T離子圉成的八個正四面體空隙中四個互不 相鄰的正四面體空隙，正、負離子配位數(shù)都為4。八面體空隙=6x1/2 + 12x1/4 = 3 + 3 = 6個四面體空隙=4x6x1/2 = 12個金屬原子A八面體空隙x四面體空隙(3) 在不同晶體中，Ag離子占據(jù)不同空隙，按正、負離子相互接觸計算的

40、Ag離子半徑自 然有一個變化范羯.(4) 對于立方體(體心)堆積而言：球數(shù)：四面體空隙：八面體空隙=2 ： 12 ： 6=1 ： 6 ： 3,Ag+離子只占空隙的九分之一，這說明a-Agl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 過三角形中心相連，構(gòu)成三維骨架結(jié)構(gòu)的開放性“隧道”，可以供Ag離子遷移。(5) 4A1I3 + 3O2 = 2A12O3 + 6b(i)正極：I? + 2 Ag* +2e f 2AgI(ii)負極：2Ag-2e 2Ag"(hi)a 當氧氣的濃度大時，反應(yīng)(i)中生成的游離b濃度人，卩+電勢增人，由e =一叭 可知，£也增大。所以通過電池電動勢的變化，可以得知02的含量變化。20. (1)HC1 + NH3=NH4+C1 (2)說明：由于CBhCU-離子有一根軸穿過籠心，依據(jù)這根 軸旋轉(zhuǎn)360°/5=72°能復(fù)原，C原子必須在旋轉(zhuǎn)軸上，兩 個五邊形的B原子分別足五個H原子和五個C1原子，從 對稱性角度，應(yīng)該H、Cl、H、C1原子分開排列且B+ - C1連接更穩(wěn)定。21. (1)第二層離子是膽離子,有