化学竞赛晶体结构综合例题Word文档下载推荐.docx

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金属原子占据什么类型的空隙？

该空隙被金属原子占据的分数是多少？

4．计算黄铜矿晶体的密度;

（晶胞参数：

a=52.4pm，c=103.0pm；

相对原子量：

Cu63.5Fe55.84S32.06）。

1.各种原子的数目Cu,Fe,S:

4,4,8;

黄铜矿的化学式CuFeS2;

2.它的晶胞与ZnS晶胞相同；

但金属离子随机性为50%;

（如图）；

3.硫原子作A1型（立方F）堆积;

金属原子占据四面体空

隙;

该空隙被金属原子占据的分数1/2;

4.容易计算黄铜矿晶体的密度4.31g/cm3.

三．冰晶石（Na3AlF6）用作电解法炼铝的助熔剂。

冰晶石晶胞是以大阴离子（AlF63－）构成的面心立方晶格，Na＋可看作是填充在晶格的空隙中，已知冰晶石的密度为2.95g/cm3，Al—F键长181pm，相对原子质量：

Na23.0；

Al27.0；

F19.0。

1．指出AlF63－配离子中心离子的杂化轨道类型、配离子空间构型和所属分子点群。

2．指出Na3AlF6的点阵形式；

阴离子作何种形式的堆积，阳离子占据何种空隙及占有率；

写出它们的分数坐标。

3．计算冰晶石晶体的晶胞参数。

4.计算Na＋的半径。

1.AlF63－配离子中心离子的杂化轨道类型为sp3d2杂化;

配离子空间构型为正八面体；

所属分子点群为Oh。

2.Na3AlF6的点阵形式为立方F；

阴离子作A1型堆积，阳离子占据100%八面体空及

100%四面体空隙；

它们的分数坐标为

AlF63－：

（0，0，0）（1/2，1/2，0）（1/2，0，1/2）（0，1/2，1/2）（1分）；

Na+:

（1/4，1/4，1/4）（1/4，1/4，3/4）（1/4，3/4，1/4）（1/4，3/4，3/4）

（3/4，1/4，1/4）（3/4，1/4，3/4）（3/4，3/4，1/4）（3/4，3/4，3/4）

（1/2，1/2，1/2）（0，0，1/2）（0，1/2，0）（1/2，0，0）.

3．晶胞内含4个[Na3AlF6]单元，Na3AIF6摩尔质量为210g/mol。

设晶胞边长为a，则

a=780pm

4.R-=181pm,R+按四面体空隙计算

；

按八面体空隙计算为209pm（舍去）；

真实值为157pm.

四．CaCux合金可看作由下图所示的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有几个Cu原子配位（Ca周围的Cu原子数，不一定要等距最近）;

Cu的配位情况如何，列式计算Cu的平均配位数；

3．该晶体属何种晶系；

写出各原子的分数坐标；

计算晶胞参数。

4．计算该合金的密度（Ca40.1Cu63.5）

5．计算Ca、Cu原子半径。

abc

○Ca·

Cu

1．在a图上划出一个六方格子，则容易看出，该合金的化学式为CaCu5；

2．在a图上容易看出，Ca周围有6个Cu原子，结合c图看出，Ca有18个Cu原子配位；

Cu的配位情况：

在a图上容易看出，3配位6个；

在c图侧面上看出，4配位9个；

Cu的平均配位数为18/5=3.6；

3．该晶体属六方晶系；

各原子的分数坐标为（0，0，0）（1/3，2/3，0）（2/3，1/3，0）

（1/2，0，1/2）（0，1/2，0）（1/2，1/2，1/2）

晶胞参数为

a＝509pm;

（c/2）2+（a/2）2=3272;

c＝410pm；

4．合金的密度

;

5．Ca、Cu原子半径:

.

五（2004年全国高中学生化学竞赛决赛6分）氢是重要而洁净的能源。

要利用氢气作能源，必须解决好安全有效地储存氢气问题。

化学家研究出利用合金储存氢气，LaNi5是一种储氢材料。

LaNi5的晶体结构已经测定，属六方晶系，晶胞参数a=511pm,c＝397pm,晶体结构如图2所示。

⒈从LaNi5晶体结构图中勾画出一个LaNi5晶胞。

⒉每个晶胞中含有多少个La原子和Ni原子？

⒊LaNi5晶胞中含有3个八面体空隙和6个四面体空隙，若每个空隙填人1个H原子，计算该储氢材料吸氢后氢的密度，该密度是标准状态下氢气密度（8.987×

10-5g·

m-3）的多少倍？

（氢的相对原子质量为1.008；

光速c为2．998×

108m·

s-1；

忽略吸氢前后晶胞的体积变化）。

⒈晶胞结构见图4。

⒉晶胞中含有　1　个La原子

和　5　个Ni原子　

⒊计算过程：

　六方晶胞体积：

V=a2csin120°

=（5.11×

10-8）2×

3.97×

10-8×

31/2/2

=89.7×

10-24cm3

氢气密度

是氢气密度的1.87×

103倍。

六．钼是我国丰产元素，探明储量居世界之首。

钼有广泛用途，例如白炽灯里支撑钨丝的就是钼丝；

钼钢在高温下仍有高强度，用以制作火箭发动机、核反应堆等。

钼是固氨酶活性中心元素，施钼肥可明显提高豆种植物产量，等等。

1．钼的元素符号是42，写出它的核外电子排布式，并指出它在元素周期表中的位置。

2．钼金属的晶格类型为体心立方晶格，原子半径为136pm，相对原子质量为95.94。

试计算该晶体钼的密度和空间利用率。

3．钼有一种含氧酸根[MoxOy]z－（如右图所示），式中x、y、z都是正整数；

Mo的氧化态为＋6，O呈－2。

可按下面的步骤来理解该含氧酸根的结构：

A．所有Mo原子的配位数都是6，形成[MoO6]6－，呈正八面体，称为“小八面体”（图A）；

B．6个“小八面体”共棱连接可构成一个“超八面体”（图B），化学式为[Mo6O19]2－；

C．2个”超八面体”共用2个“小八面体”可构成一个“孪超八面体”（图C）；

，化学式为[Mo10O28]4＋；

D．从一个“孪超八面体”里取走3个“小八面体”，得到的“缺角孪超八面体”（图D）便是本题的目标物[MoxOy]z－（图D中用虚线表示的小八面体是被取走的）。

ABCD

求出目标物[MoxOy]z－的化学式，说明以上中间物化学式的来由。

4．如图所示为八钼酸的离子结构图，请写出它的化学式；

5．钼能形成六核簇合物，如一种含卤离子[Mo6Cl8]4＋，6个Mo原子形成八面体骨架结构，氯原子以三桥基与与Mo原子相连。

则该离子中8个Cl离子的空间构型是什么？

1．钼的元素符号是42，它的核外电子排布式为[Kr]4d55s1；

它在元素周期表中的位置为第五周期ⅥB族；

2．晶体钼的密度为10.3g/cm3；

空间利用率为68.0%；

3．（A）．显然“小八面体”（图A）化学式为[MoO6]6－；

（B）．“超八面体”（图B），化学式为[Mo6O（6+6*4/2+6/6=19）]2-－；

（C）．“孪超八面体”（图C），化学式为[Mo（6+4=10）O（19+2*3+3=28）]4+－；

（D）．目标物（图D），化学式为[Mo（10-3=7）O（28-4=24）]6-－；

（参考如下投影图A,B,C,D）

4．八钼酸的化学式为[Mo（10-2=8）O（28-2=26）]4-（参考投影图E）；

5．钼的一种含卤离子[Mo6Cl8]4＋的8个Cl离子的空间构型是正方体，（如下图）。

（投影图A,B,C,D,E）

七.（2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题1）在酸化钨酸盐的过程中，钨酸根WO42-可能在不同程度上缩合形成多钨酸根。

多钨酸根的组成常因溶液的酸度不同而不同，它们的结构都由含一个中心W原子和六个配位O原子的钨氧八面体WO6通过共顶或共边的方式形成。

在为数众多的多钨酸根中，性质和结构了解得比较清楚的是仲钨酸根[H2W12O42]10-和偏钨酸根[H2W12O40]6-。

在下面三张结构图中，哪一张是仲钨酸根的结构？

简述判断理由。

（a）

（b）

（c）

提示：

考察八面体的投影图，可以得到更清楚地认识。

八．钼、钨化学的一个重要特点是能形成同多酸和杂多酸及盐。

例如：

将用硝酸酸化的（NH4）2MoO4溶液加热到230℃，加入NaHPO4溶液，生成磷钼酸铵黄色晶体沉淀。

经X射线分析结果得知，该杂多酸根是以PO4四面体为核心，它被MoO6八面体所围绕，如右上图。

该图可以这样来剖析它：

它的构成，由外而内，把它分为四组，每组三个MoO6八面体共用三条边，三个MoO6共顶的氧再与PO4四面体中的氧重合为一。

每组如右下图所示；

每组之间再通过两两共顶，连成一个整体，形成杂多酸根PMoxOyz－。

请写出X、Y 

、Z 

的具体数值；

并扼要叙述推导过程：

X＝12 

Y＝40 

Z＝3；

推导过程：

①每个杂多酸离子含一个PO4，所以在化学式中有1个P原子；

有12个MoO6八面体，故有12个Mo原子；

②每个MoO6八面体有1个顶点氧原子，为三个八面体共用，四个顶点氧原子为两个八面体共用，其中两个为同组八面体共用，另两个与另一组八面体共用，还有一个顶点氧原子不共用；

③故每个MoO6八面体含有的氧原子为1×

1/3＋4×

1/2＋1＝10/3，所以12个WO4共有氧原子：

12×

10/3＝40；

④P的氧化数为＋5，Mo为＋6，故整个酸根带3个单位负电荷。

九．（2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题4）轻质碳酸镁是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品，它的生产以白云石（主要成分是碳酸镁钙）为原料。

右图是省略了部分原子或离子的白云石晶胞。

[1]写出图中标有1、2、3、4、5、6、7的原子或离子的元素符号。

[2]在答题纸的图中补上与3、5原子或离子相邻的其他原子或离子，再用连线表示它们与Mg的配位关系。

十．（2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题7）沸石分子筛是重要的石油化工催化材料。

下图是一种沸石晶体结构的一部分，其中多面体的每一个顶点均代表一个T原子（T可为Si或Al），每一条边代表一个氧桥（即连接两个T原子的氧原子）。

该结构可以看成是由6个正方形和8个正六边形围成的凸多面体（称为β笼），通过六方柱笼与相邻的四个β笼相连形成的三维立体结构，如下图所示：