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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载高二竞赛辅导晶体结构2006-6-16 1纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大,这是它的很多特别性质的缘由,假设某氯化钠纳米颗粒的大小和外形恰等于氯化钠晶胞的大小和外形,总原子数的百分比 96% 求这种纳米颗粒的表面原子占2近年来科学家们发觉由 100 个碳原子构成具有完善对称性的 C100原子团,每个碳原子可形成 4 个化学键,最内部是由 20 个碳原子构成的正十二面体,外层的 60 个碳原子形成 12个分立的正五边形,处于中间层次的碳以单键方式将内外层碳原子连接在一起,当它与氟的单质反应形成分子时,其分子式应为（A）
2、A C100F60 B.C100F20 C.C100F12 D.C 100F403氢气是重要而干净的能源,要利用氢气作能源,必需安全有效地储存氢气；有报道称某种合金材料有较大的储氢容量,其晶体结构的最小单元如右图所示；就这种合金的化学式为（D ）；DLaNi 5ALaNi 6B LaNi 63 C LaNi 4 4原子簇化学是当前化学中最饶有爱好而又极其活跃的领域之一；当前比较全面的定义是由徐光宪、江元生等人提出的： 凡以 3 个或 3 个以上原子直接键合构成的多面体或笼为核心,连接外围原子或基团而形成的结构单元称原子簇.分子式为 CnHn的多面体碳烷是典型的主族簇合物,下面是已经报道的碳烷多
3、面体,请归纳总键数为3n/2+n=5n/2 ；如多面体边数为 l,就总键数用n 和 l 表示为多少 4n l5镍砷合金的晶体如右图所示 1试画出该合金的晶胞图 2试写出该合金的化学式3试运算该合金的密度晶胞参数为a3602pm, c 5009pm 4写出各原子分数坐标 5Ni 利 As 的配位数分别为多少 .它们各占有何种 间隙类型 . 6最近发觉, 只含镁、 镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性； 鉴于这三种元素都是常见元素,从而引起广泛关注；该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行 面心 立方最密积累 ccp,它们的排列有序,没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子）,它们构成两种
4、八面体间隙,一种由镍原子构成,另一种由镍原子和镁原子一起构成,两种八面体的数量比是 1 : 3,碳原子只填充在镍原子构成的八面体间隙中；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 画出该新型超导材料的一个晶胞优秀学习资料欢迎下载球,镁原子用大球）；（碳原子用小球,镍原子用大2 写出该新型超导材料的化学式；答案 ：61 （5 分）在（面心） 立方最密积累填隙模型中,八面体间隙与积累球的比例为 1 : 1, 在如图晶胞中,八面体间隙位于体心位置和全部棱的中心位置,它们的比例是 1 : 3,体心位置的八面体由镍原子构成, 可填入
5、碳原子, 而棱心位置的八面体由 2 个镁原子和 4 个镍原子一起构成,不填碳原子；62 MgCNi 3（化学式中元素的次序可不同,但原子数目不能错）；（1 分）788.1 克某过渡金属元素 M 同 134.4 升（已换算成标准状况）一氧化碳完全反应生成反磁性四配位络合物；该协作物在肯定条件下跟氧反应生成与 NaCl 属同一晶型的氧化物；（1）推断该金属是什么；（2）在肯定温度下MO 可在三氧化二铝表面自发地分散并形成“ 单分子层 ” ；理论上可以计算单层分散量,试验上亦能测定；a说明 MO 在三氧化二铝表面能自发分散的主要缘由；b 三氧化二铝表面上铝离子的配位是不饱和的；MO 中的氧离子在三氧
6、化二铝表面上形成密置单层；画出此模型的图形；运算 MO 在三氧化二铝 比表面为 178 m 2/g表面上的最大单层分散量（ g/m 2）氧离子的半径为 140 pm；答案13 1 （88.1g/M M） ：（134.4 L/22.4 Lmol-1） 1 : 4 （1 分）-1M M58.7 g mol M 是 Ni （1 分）（共 2 分）13 2 a主要缘由是纷乱度（熵）增加了（从表面化学键角度争论焓变、熵变和自由能变化也可）；b 氧离子在氧化铝表面作密置单层排列,镍离子有规律地填入三角形间隙 图；（密置层 1 分,填隙 1 分, 共 2 分）1 个“NiO”截面： 2rO 2- 2 sin
7、120 o2 140 10-12m 2 sin120 o 6.79 10-20 m 21m 2Al 2O3 表面可铺 NiO 数： 1 m 26.79 10-20 m 2 1.47 10 19（1 分）相当于：74.7 gmol-11.47 10 19 m-2 6.022 10 23 mol-1 1.82 10-3 gNiO/m“NiO”截面算成 6.78 10-20 m 2,相应的 1m 2Al 2O3表面可铺 NiO 数为1.48 10 19,不扣分 ；（2 分）2Al 2O31 个8晶体是质点（分子、离子或原子）在空间有规章地排列而成的、具有整齐的外形、以多面体显现的固体物质；在空间里无
8、限地周期性地名师归纳总结 重复能成为晶体具有代表性的最小单位,称为单元晶胞 （平行六面体） ；第 2 页,共 5 页晶胞顶点质点对其晶胞的奉献为1/8,棱上质点为1/4,面上质点为1/2； 1987 年科学家发觉了高温超导体钇钡铜氧材料,其晶胞如右图所示；如该晶胞中不存在氧空位,就该材料的抱负化学式为 ,Cu 的实际氧化数为 ； 事 实 上 该 材 料 中 存 在 着 氧 空 位 , 实 际 测 量 该 材 料 的 密 度 =6.377g -3,列式 推算出该材料的化学式 cm （已知晶胞参数为 a=0.3823nm,b=0.3885nm,c=1.168nm ）,在该材料中Cu的氧化数为 ；该
9、晶胞中氧空位的分数为 ；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 有的材料中氧空位分数会增加,优秀学习资料欢迎下载这是由于这是由于 ；有材料中氧空位分数会削减, ；41. （ 16 分） Ba2YCu 3O9 2 分 +3, +4各 1 分 2M Ba+M Y+3M Cu+xM O g cm-3 N 0 a b c 10-21（2 分）（用数字表示正确的,同样给分）Ba2YCu 3O7 2 分 +2, +3 各 1 分 2/9 22.22% 2 分 依据电荷守恒原理,当 +2 氧化态 Cu 含量增大时,氧空位分数会增加；2 分 当 +3 氧化态 Cu 含量增大
10、时,氧空位分数会削减；2 分 9如图是化学家合成的能实现热电效应的一种晶体的晶胞模型；图中的大原子是稀土原子,如镧；小原子是周期系第五主族元素,如锑；中等大小的原子是周期系 VIII 族元素,如铁；按如上结构图写出这种热电晶体的化学式；给出运算过程；提示：晶胞的6 个面的原子数相同；设晶体中锑的氧化态为1,镧的氧化态为 +3,问：铁的平均氧化态多大？化学式 LaFe4Sb12（2 分）（写 La2Fe8Sb24 扣 1 分）铁的氧化态 9/4 = 2.25 （1 分）运算化学式的过程如下：晶胞里有 2 个 La 原子（处于晶胞的顶角和体心）；有 8 个 Fe 原子（处于锑形成的八面体的中心）；
11、锑八面体是共顶角相连的,平均每个八面体有 6/23 个锑原子, 晶胞中共有 8 个八面体, 8x3=24 个锑原子；即： La 2Fe8Sb24；其他合理过程也可； （3 分）10 LiCl 和 KCl 同属 NaCl 型晶体,其熔点分别为 614和 776； Li +、K +和 Cl-的半径分别为 76pm、133pm 和 181pm；在电解熔盐 LiCl 以制取金属锂的生产工艺中,加入适量的KCl 晶体,可使电解槽温度下降至400,从而使生产条件得以改善；有人认为, LiCl 和 KCl 可形成固溶体 （并画出了 “ 固溶体的晶胞 ”）；但试验说明, 液相 LiCl 和 KCl 能以任意比
12、例混溶而它们的固相完全不混溶（即不能生成固溶体！）；请说明在固相 中完全不混溶的主要缘由；在固相中,离子呈周期性排列,对“相像相溶 ”的 “相像条件 ”的要求比液相中严格得多；LiCl 和 KCl 的结构型式相同,Li+ 和 K+的电价相等, Li 和 K 的电负性差别也有限；显然,两个组分在固相中完全不互溶源于 Li+ 和 K+的半径差别太大；（2 分,关键要回答出最终一句话） 写出运算 LiCl 和 KCl 两种晶体密度之比的表达式 须包含离子半径的符号 ；m 4 M LiCl3D LiCl V LiCl a 3LiCl N A M LiCl a KCl 3M LiCl r K r Cl
13、2D KCl m 4 M KCl M KCl a 3LiCl M KCl r Li r Cl 23V KCl a KCl N A3M LiCl r K r Cl2 分 只写出最终的表达式也可M KCl r Li r Cl 在 KCl 晶体中, K +离子占据由 Cl- 离子围成的八面体间隙,运算相距最近的八面体间隙中心之间的距离；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2a2rKr Cl2优秀学习资料欢迎下载=2133+1812pm444pm 222试验证明,即使产生了阳离子空位,KCl 晶体在室温下也不导电；请通过运算加
14、以说明；可按如下思路说明： 离子晶体能够导电是由于离子离开原位而迁移到距离最近的空位所致；迁移中必需经过由异号离子围成的最小窗孔；比较离子半径和窗孔的大小,可判定能否发生迁移,即能否成为快离子导体；取体积为 KCl 正值晶胞体积1/8 的小立方体（见图）来考虑；三个分布在正值晶胞0,0,0；1/2,0,1/2；0,1/2,1/2 位置的 Cl- 围成的三角形半径为：22a22a1pm22r Cl6ar Cl6rKr Cl2r Cl6133 pm181 pm181 pm75 4.324663该半径远小于K+的半径 , K+不能穿过此窗口,因而KCl 晶体不能成为固体离子导体；大白球为 Cl-,
15、黑球为 K+, 虚线球为空位11例题：争论离子晶体,常考察以一个离子为中心时,其四周不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力；设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为 d,以钠离子为中心,就：1 其次层离子有 12 个,离中心离子的距离为 2 d,它们是 钠 离子；2 已知在晶体中 Na+离子的半径为 116pm,CI-离子的半径为 167pm,它们在晶体中是紧密接触的；求离子占据整个晶体空间的百分数；V 晶胞 =2 116pm+167pm3=181 106pm3 V 离子 =4 4/3 116pm3+ 4 4/3 167pm3 =104 106 pm3 V 离子 / V 晶胞 =
16、57.5% 3 纳米材料的表面原子占总原于数的比例极大,这是它的很多特别性质的缘由,假设某氯化钠纳米颗粒的大小和外形恰等于氯化钠晶胞的大小和外形,原子占总原子数的百分比；26/27=96% 4 假设某氯化钠颗粒外形为立方体,边长为氯化钠晶胞边长的占总原子数的百分比；10 倍晶胞的纳米颗粒的离子总数 :213=9261 9 倍晶胞的纳米颗粒的离子总数 :193=6859 10 倍晶胞的纳米颗粒的表面离子数 : 6959-9261=2402 表面原子数所占比例：2402/9261=26% 求这种纳米颗粒的表面10 倍,试估算表面原子12某离子晶体晶胞结构如下列图,x 位于立方体的顶点,y 位于立方
17、体的中心,试分析：（1）晶体中每个y 同时吸引着多少个x？（4 个）每个 x 同时吸引着多少个 y？（ 8 个）名师归纳总结 该晶体的化学式为？（xy2 ）第 4 页,共 5 页（2）晶体中在每个x 四周与它最接近且距离相等的x 共有多少个？（12 个）（3） 晶体中距离最近的2 个 x 与 1 个 y 形成的夹角 xyx 角度为多少？（109 28 ）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （4）该晶体的摩尔质量为优秀学习资料欢迎下载-3,阿佛加德罗常数为N A,就晶体Mg mol-1,晶体密度为 gcm中两个距离最近的 x 中心间的距离为多少？名师归纳总
18、结 13碳的第三种单质结构C60的发觉是国际化学界的大事之一；经测定C60 晶体为面心立方第 5 页,共 5 页结构, 晶胞参数 a1420pm；每个 C60 平均孔径为700pm,C60 与碱金属能生成盐,如 K 3C60；人们发觉K 3C60 具有超导性,超导临界温度为18K ；K 3C60 是离子化合物,在晶体中以K和 C60 3存在,它的晶体结构经测定也是面心立方,晶胞参数a1424pm；阿伏加德罗常数为 6.02 1023mol 1,请回答：1运算相邻C60 球体最近距离,为什么这距离大于C60 笼的孔直径；2K 3C60 晶体的晶胞中有多少个K？它们位于晶胞中何处？3同一温度下,
19、C60 的晶体密度为多少？K3C60的晶体密度比C60 的晶体密度增大了多少？1最近距离 2d min2a2 a2 dmin22a2/4 dmin a/21/21004pm dmin700pm （2 分）,说明在C60晶体中, C60C60 之间不接触,是分子晶体；（1 分）2K 3C60晶胞中含有 4 个结构基元,因此有 12 个 K,其中, 8 个 K处于 8 个四周体间隙中,仍有 4 个 K处于 4 个八面体间隙中 （2 分）3（1）C60：d1.672g/cm 3 （2）K 3C60：d1.928g/cm 3K 3C60的晶体密度比C60增大了 0.256g/cm3（2 分）- - - - - - -