真題中晶體結(jié)構(gòu)

1、真題中晶體結(jié)構(gòu) 綠寶石Be3Al2Si6O18上半個晶胞在（0001）面上的投影圖如圖1所示，整個晶胞的結(jié)構(gòu)按照標(biāo)高50處的鏡面經(jīng)反映即可得到。根據(jù)圖1回答下列問題：（20分）1.綠寶石的硅氧比為多少？硅氧四面體組成的是什么結(jié)構(gòu)？（4分）2.Be和Al分別與周邊什么標(biāo)高的幾個氧配位？構(gòu)成的配位多面體是什么？它們之間又是如何連接的？（8分）3.用Pauling的連接規(guī)則說明標(biāo)高65的氧電價是否平衡？（4分）4.根據(jù)結(jié)構(gòu)說明綠寶石熱膨脹系數(shù)不高、當(dāng)半徑小的Na+存在時，在直流電場下具有顯著離子電導(dǎo)的原因。 答： 1，O/Si=3 組群狀結(jié)構(gòu) 2，Be2+與兩個標(biāo)高為65，2個標(biāo)高為25的O2-配位

2、，形成BeO4四面體，Al3+與三個標(biāo)高為65，3個標(biāo)高為85的O2-配位，形成AlO6八面體，BeO4四面體和AlO6八面體之間公用標(biāo)高為65，85的2個O2-離子，即共棱連接。 3，標(biāo)高為65的O2-同時與一個Be2+，1個Al3+，1個Si4+相連。 靜電強度=O2-的電荷數(shù)，所以電價飽和。 4，綠寶石結(jié)構(gòu)中的六節(jié)環(huán)內(nèi)沒有其他例子存在，使晶體結(jié)構(gòu)中存在大的環(huán)形空腔，當(dāng)有電價低，半徑小的Na+離子存在時，在直流電場中會表現(xiàn)出顯著離子導(dǎo)電，當(dāng)晶體受熱時，質(zhì)點熱振動振幅增大，大的空腔使晶體不會有明顯的膨脹，因而表現(xiàn)出較小的 參見滑石、蒙脫石、白云母的結(jié)構(gòu)圖，回答下列問題1.說明為什么這些礦物易

3、在垂直c軸方向解理？（5分）2.為什么滑石粉末有滑膩感而白云母粉末沒有？（5分）3.解釋為什么蒙脫石易吸水，而滑石比較不易吸水？（5分）4.用電價規(guī)則說明Al3+置換骨架中的Si4+時，通常不超過一半，否則將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。答：1，因為在層與層之間沒有較強的化學(xué)鍵來連接，滑石層與層之間依靠較弱的分子間力來結(jié)合，蒙脫石層間由于Al3+可被Mg2+取代，使復(fù)網(wǎng)層帶少量負(fù)電荷，白云母K+進行層間平衡電荷，但其較硅氧層的結(jié)合力弱的多。2，因為滑石層與層之間只能依靠較弱的分子間力來結(jié)合致使層間易相對滑動，而白云母層與層之間是是K+與硅氧層結(jié)合，雖然比層內(nèi)化學(xué)鍵弱得多，但比分子間結(jié)合力大得多。3，因為蒙脫石

4、結(jié)構(gòu)中由于Al3+可被Mg2+取代，但復(fù)網(wǎng)層并不呈電中性，帶有少量的負(fù)電荷，且復(fù)網(wǎng)層之間有斥力，使略帶電中性的水化正離子易進入層間，如此同時，水分子也易滲透進層間，而滑石復(fù)網(wǎng)層內(nèi)事電中性的。4，當(dāng)有一半取代時：O2-離子的電荷數(shù)為：與O2-電荷數(shù)差值為，若取代超多一半則兩者差必然超過，超過結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。 根據(jù)纖鋅礦（六方ZnS）結(jié)構(gòu)圖回答下列問題（12分）：（1）指出結(jié)構(gòu)中正負(fù)離子的堆積方式；（2）寫出正負(fù)離子的配位數(shù)及配位多面體；（3）分別計算立方柱晶胞和平行六面體晶胞的晶胞分子數(shù)；（4）纖鋅礦結(jié)構(gòu)為何具有熱釋電性？ 答：（1）S2-做六方最緊密堆積，Zn2-也做六方最緊密堆積，占四面體空隙的

5、1/2（2）配位數(shù)都為4，SZn4 ZnS4 (3) 六方柱晶體中ZnS分子數(shù)為6，平行六面體中分子數(shù)為2.其結(jié)構(gòu)中無對稱中心，加熱使整個晶體溫度變化，結(jié)果在該晶體C軸垂直方向的一端出現(xiàn)正電荷，在相反的一側(cè)出現(xiàn)負(fù)電荷的性質(zhì)。2.簡述硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的基本特點（8分）。 答：硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，但不同結(jié)構(gòu)之間具有下面的共同特點：（1）結(jié)構(gòu)中Si4+離子位于O2-離子形成的四面體中心，構(gòu)成硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)單元SiO4四面體。（2）SiO4四面體的每個頂點，即O2-離子最多只能為兩個SiO4四面體所共用。（3）兩個相鄰的SiO4四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。（4）SiO4四面體中心的Si

6、4離子可部分的被Al3+所取代，取代后結(jié)構(gòu)本身并不發(fā)生變化，即所謂同晶取代，但晶體的性質(zhì)卻發(fā)生很大的變化。鎂鋁尖晶石MgAl2O4晶體結(jié)構(gòu)中，氧離子作面心立方堆積，結(jié)構(gòu)中A塊和B塊的質(zhì)點配置見圖。1.A塊、B塊主要反映的是哪種離子的配位情況？寫出其配位多面體和配位數(shù)；（4分）2.指出結(jié)構(gòu)中氧離子的配位數(shù)和配位多面體，并判斷其電價是否飽和；（4分）3.若尖晶石的晶胞分子數(shù)為8，且A塊、B塊在空間交替出現(xiàn)，請構(gòu)造尖晶石的單位晶胞；（4分）4.計算結(jié)構(gòu)中空隙填充率；5.分析該結(jié)構(gòu)是正尖晶石還是反尖晶石。（4分） 答： A塊主要反映Mg2+離子配位MgO4 B塊主要反映Al3+離子配位AlO62，CN

7、O2-=4，OMgAl3 靜電強度=的電價數(shù)。34，Mg2+離子占據(jù)四面體空隙的1/8，Al3+占據(jù)八面體空隙的1/2 5，正尖晶面 1.硅酸鹽晶體滑石的化學(xué)式為Mg3Si4O10（OH）2，判斷其結(jié)構(gòu)類型，用氧化物寫法表征滑石的分子式，分析其結(jié)晶習(xí)性。2.在鈉硅酸鹽玻璃中，分析Na2O對熔體粘度的影響，并說明理由。3.為什么相同組成的固體的表面能總是高于液體的表面能？答：1，層狀結(jié)構(gòu)，3MgO4SiO2H2O2，Na2O能降低熔體粘度，因為Na+半徑大，電荷少，與O2-的作用力較小，提供了系統(tǒng)中的自由氧，降低了Si/O比，導(dǎo)致原來的硅氧負(fù)離子團解聚為較簡單的結(jié)構(gòu)單元，因而降低了粘滯活化能，粘

8、度變小。3，同一種物質(zhì)，其液體固體表面結(jié)構(gòu)不同，液體分子可以自由移動，總是通過形成球形表面來降低其表面能，固體則不能，固體質(zhì)點不能自由移動，只能通過表面質(zhì)點的極化、變形、重排來降低體統(tǒng)表面能，固體表面處于搞能量狀態(tài)（由于表面力的存在）。 鈣鈦礦ABO3型結(jié)構(gòu)屬于立方晶系，其中2價正離子位于立方晶胞頂點位置，4價正離子位于立方晶胞體心位置，2價負(fù)離子位于立方晶胞面心位置。（20分）1.畫出鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的晶胞投影圖；2.指出晶胞中各離子的配位數(shù)；3.根據(jù)鮑林規(guī)則計算O2-離子電價是否平衡；4.BaTiO3和CaTiO3都屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其中BaTiO3晶體具有鐵電效應(yīng)而CaTiO3沒有，請從結(jié)構(gòu)方

9、面予以解釋；5.證明形成理想鈣鈦礦結(jié)構(gòu)時，兩種陽離子半徑rA、rB與氧離子半徑rO之間滿足下面的關(guān)系式rA+rO =（rB+rO）答：1，圖略2，CNCa2+=12 CNO2-=6 CNTi4+=63，O2-的配位多面體為OCa4Ti2 靜電強度 與O2-的電價一致 ，故電價平衡。4，具有鐵電效應(yīng)的晶體必存在自發(fā)極化，該極化源于晶胞內(nèi)部正負(fù)離子電荷中心不重合，兩者均為鈣鐵礦結(jié)構(gòu)，符合ABO3組成形式，當(dāng)A原子發(fā)生變化，如半徑增大必使晶胞參數(shù)增大，進而使八面體空隙增大，Ca2+半徑小，在CaTiO3中八面體空隙小于Ti4+半徑，Ti4+受到很強的彈性恢復(fù)力而不能固定在某處以產(chǎn)生正負(fù)電荷中心的偏離

10、，故無自發(fā)極化的產(chǎn)生，而BaTiO3中八面體空隙大于Ti4+半徑，使其受到恢復(fù)力小，同時由于Ti4+的極化作用與O2-產(chǎn)生電場力，足以使Ti4+產(chǎn)生偏移形成自發(fā)極化偶極，又BaTiO3中TiO6八面體沿C軸呈直線排列，有利于電疇傳遞，故BaTiO3有鐵電效應(yīng)。5，假設(shè)晶胞參數(shù)為a。，在晶胞側(cè)面上有：2rA+2ro=a。 在八面體內(nèi)有：2rB+2ro=a。 于是rA+ro=（Rb+ro）白云母的理想化學(xué)式為KAl2AlSi3O10(OH)2，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，試分析白云母的結(jié)構(gòu)類型、 層的構(gòu)成及結(jié)構(gòu)特點、層內(nèi)電性及層間結(jié)合。答：白云母KAl2（AlSi3010）（OH）2，結(jié)構(gòu)類型：絡(luò)陰離子團為

11、AlSi3010 (Al+Si):O=4:10 層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽層的構(gòu)成：有圖（1）可以看出非橋氧依次指向相反的方向，為復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu)。復(fù)網(wǎng)層由兩個硅氧層及中間的水鋁層所組成。在每一層內(nèi)Si4+與O2-配位CNsi4+=4，形成SiO4多面體。Al3+同時與O2-和OH-配位，CN=6，形成AlO4（OH）2多面體Al3+占據(jù)八面體空隙的2/3，形成二八面體結(jié)構(gòu)。AlO4（OH）2多面體共棱相連，與SiO4之間共頂相連。層間結(jié)構(gòu)：在層與層之間以K+相連，K+的配位數(shù)為12，由于K+電價低，半徑大，電量小，與硅氧層的結(jié)合力較層內(nèi)的化學(xué)鍵弱的多，故白云母易沿層間發(fā)生解理，可剝離成片狀。 Na2O晶體結(jié)構(gòu)

12、屬于螢石型結(jié)構(gòu)。（15分）1.試畫出Na2O的晶胞結(jié)構(gòu)圖。2.根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)指出3離子的配位數(shù)。3.該結(jié)構(gòu)存在解理現(xiàn)象嗎？請說明理由。4. Na2O晶體在擴散溫度范圍進行擴散處理時，結(jié)構(gòu)中易出現(xiàn)何種機制的擴散？為什么？5.在Na2OcaOSiO2系統(tǒng)玻璃中，Na2O對該體系玻璃的電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性有什么影響？怎樣抑制其不利影響？答： 反螢石結(jié)構(gòu) 圖參看照片版2，Na+的配位數(shù)為4O2-配位數(shù)為123，由于NaO晶體結(jié)構(gòu)中一半的立方體空隙沒有有被O2-填充，所以在111面網(wǎng)方向上存在著相互比鄰的同號離子層，其靜電斥力其主要作用，導(dǎo)致晶體在平行余111面網(wǎng)方向上易發(fā)生解理，呈八面體解理。 圖1是Na

13、2O的理想晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，試回答： 1晶胞分子數(shù)是多少；4； 2結(jié)構(gòu)中何種離子做何種密堆積；何種離子填充何種空隙，所占比例是多少； O2-離子做面心立方密堆積，Na+填全部四面體空隙； 3結(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體；=4CN O2-=8 NaO4ONa8； 4計算說明O2-的電價是否飽和；O2-電價飽和，因為O2-的電價=（Na+的電價/Na+的配位數(shù)）O2的配位數(shù)； 5畫出Na2O結(jié)構(gòu)在（001）面上的投影圖。 二. 圖2是高嶺石(Al2O32SiO22H2O)結(jié)構(gòu)示意圖，試回答： 1請以結(jié)構(gòu)式寫法寫出高嶺石的化學(xué)式； Al4Si4O10(OH)8； 2高嶺石屬于哪種硅酸鹽

14、結(jié)構(gòu)類型； 單網(wǎng)層狀結(jié)構(gòu)； 3分析層的構(gòu)成和層的堆積方向； 一層硅氧層一層水鋁石層且沿C軸方向堆積； 4分析結(jié)構(gòu)中的作用力； 層內(nèi)是共價鍵，層間是氫鍵； 5根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點推測高嶺石具有什么性質(zhì)。 片狀微晶解理。 根據(jù)CaTiO3晶胞圖（見圖1）回答下列問題： 2.結(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體； 3.晶胞分子數(shù)是多少？何種離子添何種空隙，空隙利用率是多少？ Ti4+添八面體空隙，八面體空隙利用率1/4，四八面體空隙全； 4.結(jié)構(gòu)中是否存在TiO32-離子，為什么？ 否，因為Ti4+和O2-間沒有明顯的共價鍵成分圖2是鎂橄欖石(Mg2SiO4)結(jié)構(gòu)示意圖，試回答：島狀結(jié)構(gòu) 2計算說

15、明O2-的電價是否飽和； O2-與一個SiO4、三個 MgO6配位：4/41+263=2= O2-的電價，O2-的電價 3結(jié)構(gòu)中有幾種配位多而體，各配位多面體間的連接方式怎樣? 結(jié)構(gòu)中有兩種配位多面體SiO4、MgO6 (2分)；SiO4呈孤立的島狀，中間被MgO6隔開，SiO4與 MgO6之間共頂或共棱連接，同層的MgO6之間共棱、不同層的MgO6之間共頂連接；4鎂橄欖石是否容易形成玻璃，為什么？不易，因為鎂橄欖石的Si/O=1/4，最低，網(wǎng)絡(luò)連接程度弱，結(jié)構(gòu)中絡(luò)陰離子團尺寸小，遷移阻力小，熔體的粘度低，冷卻過程中結(jié)構(gòu)調(diào)整速率很快。(2分)圖1圖2根據(jù)CaTiO3晶胞圖（見圖1）回答下列問題

16、（18）：1、晶面BCGF、HAC的晶面指數(shù)；晶向DF、AH的晶向指數(shù)。 （100） （111） 111 0-11 2、結(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體； CNTi4+=6 TiO6 CNCa2+=12 CaO12 CNO2-=6 OTi2Ca43、晶胞分子數(shù)是多少？何種離子添何種空隙，空隙利用率是多少？ Z=1(1分) Ti4+(1分)占據(jù)1/4八面體空隙 4、計算說明O2-的電價是否飽和； 因為：Z+=2/12*4+4/6*2=2=Z-所以：飽和5、結(jié)構(gòu)中是否存在TiO32-離子，為什么？不存在，因為是復(fù)合氧化合物下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型（6）：r-Ca2Si04，島狀

17、KAISi3O8，架狀 CaMgSi2O6，鏈狀Mg3Si4O10(OH)2，層狀 Ca2AlAlSiO7，組群狀 Ca2Mg5Si4O11鏈狀（OH）2根據(jù)Mg2SiO4在(110)面的投影圖回答（10分）：(1) 結(jié)構(gòu)中有幾種配位多面體，各配位多面體間的連接方式怎樣?有兩種配位多面體，SiO4，MgO6，同層的MgO6八面體共棱，如59MgO6和49MgO6共棱75O2-和27O2-，不同層的MgO6八面體共頂，如1MgO6和51MgO6共頂是22O2-，同層的MgO6與SiO4共頂，如TMgO6和7SiO4共頂22O2-，不同層的MgO6與SiO4共棱，TMgO6和43SiO4共28O2

18、-和28O2-；(2) O2-的電價是否飽和? (3) 晶胞的分子數(shù)是多少?z=4 (4) Si4+和Mg2+所占的四面體空隙和八面體空隙的分?jǐn)?shù)是多少? Si4+占四面體空隙=1/8，Mg2+占八面體空隙=1/2。黑球：Si4+小白球：Mg2+大白球：O2-二、晶體結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系（20分）1、根據(jù)下圖的螢石結(jié)構(gòu)圖回答下列問題1）指出螢石結(jié)構(gòu)中正負(fù)離子的堆積方式（兩種方式）；Ca2+面心立方堆積，簡單立方堆積寫出結(jié)構(gòu)中正負(fù)離子的配位數(shù)及其配位多面體；鈣的配位數(shù)為8，CaF8立方體；F的配位數(shù)為4，F(xiàn)Ca4四面體Ca2+離子的配位多面體之間是如何連接的？CaF8立方體之間共棱（共用2個頂點）連接在

19、結(jié)構(gòu)圖中用和標(biāo)示相互平行的同號離子層，分析螢石晶體的解理性。平行（111）面存在同號離子層，外力作用下沿平行（111）面方向有解理現(xiàn)象根據(jù)Si/O比例不同劃分硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)類型。（6分）2、Si/O=1/2，架狀結(jié)構(gòu)；Si/O=4/10，層狀結(jié)構(gòu)；Si/O=4/11，雙鏈結(jié)構(gòu)；Si/O=2/6，單鏈結(jié)構(gòu)；Si/O=2/7，組群狀（雙四面體）結(jié)構(gòu)；Si/O=2/7，組群狀（雙四面體）結(jié)構(gòu)；Si/O=1/3，組群狀（環(huán)狀）結(jié)構(gòu)；Si/O=1/4，島狀結(jié)構(gòu)；（6分）二、作圖題（10分）1、作圖表示立方晶系的晶體中晶面和晶向（標(biāo)出坐標(biāo)系）。2、作圖表示NaCl單晶表面的結(jié)構(gòu)，并說明其結(jié)構(gòu)特點。馳豫表面（或雙電層結(jié)構(gòu)）三、右圖是CaF2的理想晶胞結(jié)構(gòu)示意圖(白球是Ca離子，黑球是F離子)，試回答（12分）：1、晶胞分子數(shù)是多少；42、結(jié)構(gòu)中何種離子做何種密堆積；結(jié)構(gòu)中有幾種空隙，空隙