中学化学竞赛试题资源库金属晶体.docx
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中学化学竞赛试题资源库金属晶体
中学化学竞赛试题资源库——金属晶体
A组
.不仅与金属的晶体结构有关,而且与金属原子本身的性质有关的是
A导电性B电热性C延展性D密度
.下列何种物质的导电性是由自由电子的运动所决定的
A熔融的食盐B饱和食盐水C石墨D铜
.金属晶体的特征是
A熔点都很高B熔点都很低
C都很硬D都有导电、导热、延展性
.含有阳离子而不含有阴离子的晶体是
A原子晶体B分子晶体C离子晶体D金属晶体
.金属晶体的形成是通过
A金属原子与自由电子之间的相互作用
B金属离子之间的相互作用
C自由电子之间的相互作用
D金属离子与自由电子之间的较强的相互作用
.氢气是重要而洁净的能源,要利用氢气作能源,必须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。
则这种合金的化学式为
ALaNi3BLaNi4CLaNi5DLaNi6
.铁原子半径为1.26×10-8cm,质量为55.8μ(μ=1.67×10-24g),则铁原子的体积(用cm3表示)为,铁原子的密度为(用g/cm3表示)。
铁原子密度比一块铁试样的密度大的原因是。
.晶体是质点(分子、离子、或原子)在空间有规则地排列的,具有整齐外形,以多面体出现的固体物质。
在空间里无限地周期性的重复能成为晶体的具有代表性的最小单元,称为晶胞。
一种Al-Fe合金的立体晶胞如图所示。
(1)确定该合金的化学式____________。
(2)若晶胞的边长=anm,计算此合金的密度________________(不必化简)g/cm3。
(3)取一定质量的该合金粉末溶于足量的稀NaOH溶液中,待反应完全停止后得到气体6.72L。
过滤,将残渣用蒸馏水洗净后,取其质量的十分之一,投入100mL一定浓度的稀硝酸中,恰好完全反应,共收集到气体0.672L,求硝酸的物质的量浓度。
(以上气体体积均在标准状况下测定)
B组
.锂金属晶体由体心立方晶胞组成。
问在一个晶胞中有多少个锂原子?
.在金属A与B合金的单位晶格中,A原子位于角上,B原子位于面心上,则此合金化合物的化学式是什么?
.合金Cu3Au结晶成立方晶格,Cu原子位于面心,Au原子位于角上。
则在单位晶胞上含有多少个化学式单位?
.金属镍(相对原子质量58.7)是立方面心晶格型式,计算其空间利用率(即原子体积占晶体空间的百分率);若金属镍的密度为8.90g/cm3,计算晶体中最临近原子之间的距离;并计算能放入到镍晶体空隙中最大原子半径是多少?
.金晶体是面心立方体,金的原子半径为144pm。
(1)每个晶胞中含几个金原子?
(2)求出金的密度。
.金属金以面心立方晶格构型形成晶体,立方晶胞的边长(如右图)。
a=407.0pm:
(1)在金原子中相隔最近的原子之间的距离是多少?
(2)在一个金原子周围有多少个与之距离为(题1)中计算的值的金原子?
(3)金的密度是多大?
(4)证明金原子的填充因子(即立方体中所有金原子本身所占据的体积分数)为0.74。
.金属钾是体心立方晶系,其构型见右图,晶胞长a=520pm。
(1)相隔最近的原子间的距离是多少?
(2)相隔第二近的原子间的距离是多少?
(3)每个钾原子周围有多少个相距最近的钾原子?
(4)每个钾原子周围相距第二近的原子有多少个?
(5)晶体钾的密度计算值是多少?
.一薄层金沉积在一正方体云母片上,正方体边长为a=1.00cm,金层形成理想的表面结构。
将上述金属和金线浸入到10cm3由CuSO4和Na2SO4溶液组成的电解质溶液,其物质的量浓度分别为c(CuSO4)=0.100mol/L,c(Na2SO4)=0.100mol/L,两电解质间产生恒电位差,以金薄层作阴极,金线为阳极,金属必有排列整齐的铜(共有100个单原子层)沉积在金基片上。
金的晶体结构为面心立方,其点阵恒等于407.7pm。
求铜层沉积后电解液中CuSO4的物质的量浓度为多少?
.晶体是质点(分子、离子或原子)在空间有规则地排列成的、具有整齐外形而以多面体出现的固体物质。
在空间里无限地周期性地重复能成为晶体具有代表性的最小单位,称为单元晶胞。
一种Al-Fe合金的立方晶胞如右图所示。
(1)导出此晶胞中Fe原子与周原子的个数比,并写出此种合金的化学式。
(2)若此晶胞的边长a=0.578nm,计算此合金的密度(g/cm3)。
(3)试求Fe-Al原子之间的最短距离。
.最近发现,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)立方最密堆积(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),它们构成两种八面体空隙,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空隙中。
(1)画出该新型超导材料的一个晶胞(碳原子用小球,镍原子用大○球,镁原子用大球)。
(2)写出该新型超导材料的化学式。
.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)试计算该合金的密度(晶胞参数为a=360.2pm,c=500.9pm)
(4)写出各原子分数坐标
(5)Ni利As的配位数分别为多少?
它们各占有何种空隙类型?
.金属铁的熔点为1811K。
在室温和熔点间,铁存在不同的晶型。
从室温到1185K,金属铁以体心立方(bcc)的α—铁的晶型存在。
从1185K到1667K,铁的晶体结构为面心立方(fcc)的γ—铁。
超过1667K直到熔点,铁转化为一种与α一铁的结构相似的体心立方(bcc)结构,称为δ一铁。
(1)已知纯铁的密度为7.874g/cm3(293K):
①计算铁的原子半径(以cm表示);
②计算在1250K下铁的密度(以g/cm3表示)。
注意;忽略热膨胀造成的微小影响。
注意你所使用的任何符号的原义,例如r=铁原子的半径。
钢是铁和碳的合金,在晶体结构中某些空隙被小的碳原子填充。
钢中碳含量一般在0.1%到4.0%的范围内。
当钢中碳的含量为4.3%(质量)时,有利于在鼓风炉中熔化。
迅速冷却时,碳将分散在α—铁的晶体结构内。
这种新的晶体称为马氏体,它硬而脆。
尽管它的结构稍有畸变,其晶胞的大小与α一铁晶胞的大小仍然相同。
(2)已假定碳原子均匀地分布在铁的晶体结构中:
①计算含碳量(质量)为4.3%的马氏体中α一铁的每个晶胞中碳原子的平均数;
②计算马氏体的密度(以g/cm3表示)
摩尔质量和常数;MFe=55.85g/molMC=12g/molNA=6.02214×1023mol-1
.CaCux合金可看作如下图所示的a、b两种原子层交替堆积排列而成:
a是由Cu和Ca共同组成的层,层中Cu-Cu之间由实线相连;b是完全由Cu原子组成的层,Cu-Cu之间也由实线相连。
图中由虚线勾出的六角形,表示由这两种层平行堆积时垂直于层的相对位置。
c是由a和b两种原子层交替堆积成CaCux的晶体结构图。
在这结构中:
同一层的Ca-Cu为294pm;相邻两层的Ca-Cu为327pm。
(1)确定该合金的化学式
(2)Ca有个Cu原子配位(Ca周围的Cu原子数,不一定要等距最近),Ca的配位情况如何,列式计算Cu的平均配位数
(3)计算该合金的密度(Ca40.1Cu63.5)
(4)计算Ca、Cu原子半径。
abc
○Ca·Cu
C组
.能带理论是对金属结构及其特性惟一的一种可能解释,试把其与金属键理论进行比较。
.金属互化合物LiAg可形成立方晶胞晶体,Li与Ag的配位数均为8,问该晶胞属于什么晶系?
.Ni晶体晶胞的边长为0.352nm。
对Ni晶体,波长为0.154nm的X射线衍射发生在22.2°,25.9°,38.2°方向上。
试说明这些数据反映的是面心立方晶胞结构。
.下列各对金属最可能生成哪种类型的合金?
分别举一个例子来说明你的选择。
如果有不能肯定的选择试作讨论。
(1)原子大小相近,价电子数相同,晶格类型相同的两金属。
(2)电负性和原子大小都相差很大的两金属。
(3)电负性相近,而原子大小相差很大的两金属。
(4)两元素中有一为非金属。
.金属的相对还原势的大小可通过比较下面过程净焓变的大小得到。
如果ΔHox是反应:
M(s)→Mn+(aq)+ne-的焓变,则ΔHox=ΔHsub+Σ(IP)+ΔHhyd,其中ΔHsub是金属的升华烙,Σ(IP)是从M(g)到Mn+(g)的各级电离势之和,ΔHhyd是气态离子Mn+的水合焓。
则说出造成下列各现象的原因:
(1)Li比Rb的还原势更负;
(2)Be和Mg的还原性比Ba弱;
(3)作为还原剂Ag不如Sr。
.W·Hume-Rothery指出合金溶液的晶体结构受合金中价电子与原子比率的影响。
例如锌在铜中形成的固体溶液的晶体结构具有面心立方结构,直到其构成达到“分子式”CuZn,在β态时此合金呈体心立方结构。
在β态时价电子与原子比为3/2(或21/14)。
γ态和ε态也都可能具有不同的价电子与原子比,总之其从β到β再到ε是增加的。
下列各合金“分子”分别与这些状态相对应。
试推断下列各合金的Hume-Rothery比,并指出其所处的态;CuZn,Cu9Al4,Cu9Ga4,Cu3Sn,Cu5Sn8,Cu5Al3,Cu5Sn,Cu3Ge,CuZn3,Cu3Al,Cu31Sn8。
.金属铜属于Al型结构,计算(111),(110)和(100)等面上铜原子的堆积系数。
.金属铂为Al型结构,立方晶胞参数a为392.3pm,Pt的相对原子质量为195.0,试求金属铂的密度及原子半径。
.已知金属钛为六方最密堆积结构,钛的原子半径为146pm,试计算理想的六方晶胞参数及晶体密度。
.铝为面心立方结构,密度为2.70g·cm-3,试计算它的晶胞参数和原子半径。
使用CuKα射线摄取衍射图,333衍射线的衍射角是多少?
.金属钠为体心立方结构,a=429pm,计算:
(1)钠的原子半径;
(2)金属钠的理论密度;
(3)(110)面的间距。
.金属钽为体心立方结构,a=330pm,试求:
(1)钽的原子半径;
(2)金属钽的理论密度(Ta的相对原子质量为181);
(3)(110)面间距;
(4)若用λ=154pm的X射线,衍射指标为220的衍射角θ是多少度?
.金属镁属A3型结构,镁的原子半径为160pm。
(1)指出镁晶体所属的空间点阵型式及微观特征对称元素;
(2)写出晶胞中原子的分数坐标;
(3)若原子符合硬球堆积规律,计算金属镁的摩尔体积;
(4)求d002值。
.Ni是面心立方金属,晶胞参数a=352.4pm,用CrKα辐射(λ=229.1pm)拍粉末图,列出可能出现的谱线的衍射指标及其衍射角(θ)的数值。
.已知金属Ni为A1型结构,原子间接触距离为249.2pm,计算:
(1)Ni的立方晶胞参数及Ni晶体的密度;
(2)画出(100),(110),(111)面上原子的排布方式。
(3)由于金属Ni为A1型结构,因而原子在立方晶胞的面对角线方向上互相接触。
由此可求得晶胞参数:
a=352.4pm
.金属锂晶体属立方晶系,(100)点阵面的面间距为350pm,晶体密度为0.53g·cm-3,从晶胞中包含的原子数目判断该晶体属何种点阵型式?
(Li的相对原子质量为6.941)。
.灰锡为金刚石型结构,晶胞中包含8个锡原子,晶胞参数a=648.9pm。
(1)写出晶胞中8个锡原子的分数坐标;
(2)计算锡原子的半径;
(3)灰锡的密度为5.75g·cm-3,求锡的相对原子质量;
(4)白锡属四方晶系,a