(四)競(jìng)賽專項(xiàng)練習(xí)題之晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。(四)競(jìng)賽專項(xiàng)練習(xí)題之晶體結(jié)構(gòu)-（四）晶體結(jié)構(gòu)一、（2005）（12分）LiCl和KCl同屬NaCl型晶體，其熔點(diǎn)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。說(shuō)明加入熔點(diǎn)高的KCl反而使電解溫度大大下降的原因；2有人認(rèn)為，LiCl和KCl可形成固溶體（并畫(huà)出了“固溶體的晶胞”）。但實(shí)驗(yàn)表明，液相LiCl和KCl能以任意比例混溶而它們的固相完全不

2、混溶（即不能生成固溶體?。?。請(qǐng)解釋在固相中完全不混溶的主要原因。3寫(xiě)出計(jì)算LiCl和KCl兩種晶體密度之比的表達(dá)式(須包含離子半徑的符號(hào))；4在KCl晶體中，K+離子占據(jù)由Cl-離子圍成的八面體空隙，計(jì)算相距最近的八面體空隙中心之間的距離。5實(shí)驗(yàn)證明，即使產(chǎn)生了陽(yáng)離子空位，KCl晶體在室溫下也不導(dǎo)電。請(qǐng)通過(guò)計(jì)算加以說(shuō)明。二、（2005）（12分）為紀(jì)念1905年愛(ài)因斯坦連續(xù)發(fā)表6篇論文導(dǎo)致物理學(xué)大變革100周年，今年被定為國(guó)際物理年。本題涉及的“熱電效應(yīng)”機(jī)理也是愛(ài)因斯坦首先闡釋的，即他提出的被后人稱為“愛(ài)因斯坦振蕩器”的獨(dú)立振蕩原子與溫度關(guān)系的模型。1左上圖是熱電效應(yīng)之一的圖解。給出圖中所有

3、英文單詞（或詞組）及物理學(xué)符號(hào)的意義，并為此圖寫(xiě)一篇不超過(guò)200字（包括標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等）的說(shuō)明文。2右上圖是化學(xué)家合成的能實(shí)現(xiàn)熱電效應(yīng)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(xiě)出這種熱電晶體的化學(xué)式。給出計(jì)算過(guò)程。提示：晶胞的6個(gè)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(wèn)：鐵的平均氧化態(tài)多大？三、（2005B）（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?jiàn)光的固體物質(zhì)。在基質(zhì)中摻入雜質(zhì)，含量可達(dá)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Al2O3基質(zhì)中摻入

4、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(cè)Al2O3基質(zhì)中摻入Cr3的發(fā)光原理。2Y2O3屬立方晶系，將Y2O3的立方晶胞分為8個(gè)小立方體，Y在小立方體的面心和頂點(diǎn)，O位于小立方體內(nèi)的四面體空隙，畫(huà)出這樣四個(gè)小立方體，指出Y和O的配位數(shù)?！敬鸢浮?Al3和O2是滿殼層電子結(jié)構(gòu)，能隙大，電子不易激發(fā)，故無(wú)色；（2分）摻入的Cr3是過(guò)渡金屬，具有3d電子，在晶體中置換部分Al3形成較低的激發(fā)態(tài)能級(jí)，兩個(gè)強(qiáng)吸收帶分別吸收黃綠色及藍(lán)色的光，只有紅光透過(guò)，因而摻Cr3的剛玉呈絢麗的紅色，稱為紅寶石。（3分）2（4分）Y的O的配位數(shù)為6，O的Y配位數(shù)為4。（1分）四

5、、（2004）（4分）2004年7月德俄兩國(guó)化學(xué)家共同宣布，在高壓下氮?dú)鈺?huì)發(fā)生聚合得到高聚氮，這種高聚氮的NN鍵的鍵能為160kJ/mol（N2的鍵能為942kJ/mol），晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。在這種晶體中，每個(gè)氮原子的配位數(shù)為；按鍵型分類時(shí)，屬于晶體。這種固體的可能潛在應(yīng)用是，這是因?yàn)椋骸Ｎ?、?004）（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(dǎo)性。鑒于這三種元素都是常見(jiàn)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(jìn)行（面心）立方最密堆積（ccp），它們的排列有序，沒(méi)有相互代換的現(xiàn)象（即沒(méi)有平均原子或統(tǒng)計(jì)原子），它們構(gòu)成兩種八面體空隙，一種由鎳原子構(gòu)成，另

6、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13，碳原子只填充在鎳原子構(gòu)成的八面體空隙中。1畫(huà)出該新型超導(dǎo)材料的一個(gè)晶胞（碳原子用小球，鎳原子用大球，鎂原子用大球）。2寫(xiě)出該新型超導(dǎo)材料的化學(xué)式。六、（2003）（6分）釩是我國(guó)豐產(chǎn)元素，儲(chǔ)量占全球11，居第四位。在光纖通訊系統(tǒng)中，光纖將信息導(dǎo)入離光源1km外的用戶就需用5片釩酸釔晶體（釔是第39號(hào)元素）。我國(guó)福州是全球釩酸釔晶體主要供應(yīng)地，每年出口幾十萬(wàn)片釩酸釔晶體，年創(chuàng)匯近千萬(wàn)美元（1999年）。釩酸釔是四方晶體，晶胞參數(shù)a712pm，c629pm，密度d4.22g/cm3，含釩25，求釩酸釔的化學(xué)式以及在一個(gè)晶胞中有幾個(gè)原子。給出計(jì)

7、算過(guò)程。釩酸鈦的化學(xué)式：一個(gè)晶胞中的原子數(shù)：七、（2002）（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(jiàn)化學(xué)對(duì)現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要作用。例如：1計(jì)算機(jī)的芯片的主要成分是；2光導(dǎo)纖維的主要成分是：3目前應(yīng)用最多的太陽(yáng)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(jié)構(gòu)獨(dú)特，兼?zhèn)錈o(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料雙重性能，有耐溫、電絕緣性好、難燃、憎水、耐腐蝕等特性，廣泛用于航空航天、電子電氣、建筑、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，用于密封、粘合、潤(rùn)滑、涂層、表面活性、防水、防潮，已為現(xiàn)代社會(huì)不可替代的新材料。這類材料在分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是和

8、。八、（2001）（5分）今年3月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K呈超導(dǎo)性，可能是人類對(duì)超導(dǎo)認(rèn)識(shí)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51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(xué)式為：。2在圖l右邊的方框里畫(huà)出硼化鎂的一個(gè)晶胞的透視圖，標(biāo)出該晶胞內(nèi)面、棱、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）。abc，c軸向上圖1硼化鎂的晶體結(jié)構(gòu)示意圖九、（2001）（10分）研究離子晶體，常考察以一個(gè)離子為中心時(shí)，其周

9、圍不同距離的離子對(duì)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第二層離子有個(gè)，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?cè)诰w中是緊密接觸的。求離子占據(jù)整個(gè)晶體空間的百分?jǐn)?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(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。第11題（10分）12，鈉(各1分，總3分)11-2晶胞體積V2(116pm167pm)3181106pm3離子體積v4x(

10、4/3)(116pm)34x(4/3)(167pm)3104106pm3v/V57.5%（1分）（有效數(shù)字錯(cuò)誤扣1分,V和v的計(jì)算結(jié)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)27表面原子占總原子數(shù)26/27100%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(shí)際應(yīng)用而定,本題未明確應(yīng)用場(chǎng)合，無(wú)論應(yīng)試者給出多少位數(shù)字都應(yīng)按正確結(jié)果論。11-4計(jì)算分兩個(gè)步驟：步驟一：計(jì)算表面原子數(shù)?？捎胣2、3的晶胞聚合體建立模型，得出計(jì)算公式，用以

11、計(jì)算n10。例如，計(jì)算公式為：8(n1)12n12(n1)26n2x6(n1)n26頂角棱上棱交點(diǎn)棱上棱心面上棱交點(diǎn)面上面心面上棱心n10，表面原子總數(shù)為2402（2分）步驟二：計(jì)算晶胞聚合體總原子數(shù)：n3887/8(n1)123/4n123/4(n1)26/2n26/2(n1)n26/28000781902433005409261（2分）表面原子占總原子數(shù)的百分?jǐn)?shù)：(2402/9261)100%26%（1分）（總5分）（注：本題計(jì)算較復(fù)雜，若應(yīng)試者用其他方法估算得出的數(shù)值在26%左右2個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)可得3分，3個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)可得2分，其估算公式可不同于標(biāo)準(zhǔn)答案，但其運(yùn)算應(yīng)無(wú)誤。本題要求作估算，故

12、標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)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_?！敬鸢浮縏i14C13（2分）說(shuō)明：凡按晶胞計(jì)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(chǔ)藏已幾近枯竭，上小行星去開(kāi)采還純屬科學(xué)幻想。研究證實(shí)，有一類共價(jià)化合物可代替鉑系金屬催化劑。它們是堅(jiān)硬的固體，熔點(diǎn)極高，高溫下不分解，被稱為“千禧催化劑”（millenniumcatalysts）。下面3種方法都可以合成它們：在高溫下將烴類氣體通過(guò)鎢或鉬的氧化物的表面。高溫分解鎢或鉬的有機(jī)金屬化合物（即：鎢或鉬與烴或烴的鹵代物形成的配合物）。在高度分散的碳表面上通過(guò)高溫氣態(tài)鎢或鉬的氧化物。1合成的化合物的中文名稱是_和_。（共4分，各2分）2為解釋這類化合物為什么能代替鉑系金屬，提出了一種電子理論，認(rèn)為這些化合物是金屬原子與非金屬原子結(jié)合的原子晶體，金屬原子周?chē)膬r(jià)電子數(shù)等于同周期的鉑原子或釕原子的價(jià)電子數(shù)。這類化合物的化學(xué)式（即最簡(jiǎn)式或?qū)嶒?yàn)式）是_和_。（4分，各2分）十二、（1998