最新届高中化学竞赛专题辅导三晶体结构及答案 2汇总Word格式文档下载.docx
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三.(10分)NH4Cl为CsCl型结构,晶胞中包含1个NH4+和1个Cl-,晶胞参数a=387pm。
把等物质的量的NH4Cl和HgCl2在密封管中一起加热时,生成NH4HgCl3晶体,晶胞参数a=b=419pm、c=794pm(结构如右图)。
1.已知Cl-半径为181pm,求NH4+(视为球形离子)的半径。
2.计算NH4HgCl3晶体的密度;
3.指出Hg2+和NH4+的Cl-具体配位形式;
4.通过具体计算,指出晶体中Cl-与Cl-之间的最短距离是多少?
四.(8分)金属铜的理想堆积模型为面心立方紧密堆积(CCP),设它的边长为acm。
在晶体中与晶胞体对角线垂直的面在晶体学中称为(1,1,1)面。
1.请画出金属铜的晶胞(○表示Cu原子),并涂黑有代表性的1个(1,1,1)面上的Cu原子。
2.计算(1,1,1)面上Cu占整个面积的百分率以及Cu占整个体积的百分率(给出计算过程)。
3.在1个盛有CuSO4溶液的电解槽内电镀铜,其中阴极经过特殊处理,只有1个(1,1,1)面暴露在电解质溶液中,其余各面均被保护。
假设此面面积为bcm2,电镀时电流恒为I。
Cu2+在此面上做恒速率均匀沉积,tmin后,有一层Cu原子恰好在阴极上沉积完毕,求这是已沉积的第几层Cu原子?
(阿伏加德罗常数为NA,法拉第常数为F)
五.(10分)某钠盐X的阴离子为正八面体构型,由7个原子70个电子组成。
X晶体的结构有如下特点:
阴离子的空间排列方式与NaCl晶体中的Na+(或Cl-)的排列方式完全一样,而Na+占据其全部四面体空隙中。
1.确定阳离子、阴离子个数比;
2.确定X的化学式;
3.如果X晶体的晶胞参数为a(cm),X的摩尔质量为MX(g/mol),写出X密度的表达式;
4.X晶体中Na+的空间排列方式与CsCl晶体中的Cs+(或Cl-)的排列方式是否完全一样?
如果将阴离子看作由Na+形成的空隙中,那么占有率为多大?
5.如果晶胞的坐标原点为Na+,请画出该晶胞全部阴离子的空间构型(阴离子用●表示)
6.某钾盐Y的阴离子组成和在晶胞中的排列方式与X相似,而K+填充在全部八面体空隙中,写出Y的化学式。
六.(5分)Na2O为反CaF2型结构,晶胞参数a=555pm。
1.计算Na+的半径(已知O2-半径为140pm);
2.计算密度。
七.(8分)
点阵素单位是指最小的重复单位,将最小重复单位的内容用一个点阵表示,最小重复单位中只含一个点阵点,称为素单位。
含2个或2个以上点阵点的单位称为复单位。
画出素单位的关键是能按该单位重复,与单位预角上是否有圆圈无关。
某平面周期性结构系按右图单位重复堆砌而成。
1.写出该素单位中白圈和黑圈的数目。
2.请画出2种点阵素单位,要求一种顶点无原子,另一种顶点有原子。
3.请画出石墨片层的3种点阵素单位。
八.(10分)最简单的二元硼氮化合物可以通过下列反应合成:
B2O3(l)+2NH3(g)«
SkipRecordIf...»
2BN(s)+3H2O(g)
反应产生的氮化硼的结构与石墨结构相类似,但上、下层平行,B、N原子相互交替
B
N
(见图1),其层状六方氮化硼的晶胞如图2所示。
层内B-N核间距为145pm,面间距为333pm。
请回答下列问题:
⑴写出晶胞中B、N原子的原子坐标。
B原子:
,N原子。
⑵试列出求算层状六方氮化硼晶体的密度的计算式:
(阿伏加德罗常数用NA表示)
。
⑶在高压(60kpa)、高温(2000℃)下,层状六方氮化硼晶体可转化为立方氮化硼,
它与金刚石有类似结构。
若立方氮化硼晶胞的边长为apm,试列出求算立方氮化硼晶体
中B-N键键长的计算式:
H3BO3的层状结构
九.(8分)正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体,层内的H3BO3分子通过氢键相连(如右图)。
1.正硼酸晶体属于晶体;
2.片层内微粒间的作用力是上面?
片层间微粒间的作用力又是上面?
3.含1molH3BO3的晶体中有mol氢键;
4.以1个片层为研究对象,画出其二维晶胞,并指出其所包含的内容。
十.(11分)Ar、Xe、CH4、Cl2等分子能和水形成气体水合物晶体。
在这种晶体中,水分子形成三维氢键骨架体系。
在骨架中有空穴,它可以容纳这些气体小分子形成笼型结构。
(1)甲烷的气体水合物晶体成为可燃冰。
已知每1m3这种晶体能释放出164m3的甲烷气体。
试估算晶体中水与甲烷的分子比。
(不足的数据由自己假定,只要假设合理均按正确论)
(2)X-射线衍射分析表明,该晶体属于立方晶系,a=1200pm(即晶胞为立方体,边长为1200pm)。
晶胞中46个水分子围成两个五角十二面体和六个稍大的十四面体(2个六角形面,12个五角形面),八个CH4分子可以进入这些多面体笼中。
计算甲烷和水的分子数之比和该晶体的密度。
(3)已知Cl2的气体水合物晶体中,Cl2和H2O的分子数之体为1︰8,在其晶体中水分子所围成的笼型结构与可燃冰相同。
推测它的结构。
十一.近年来对于三价铜的研究日益深入,特别随着是钇钡铜氧化物的研究的深入,三价铜化合物越来越受到化学家的重视。
起初发现的三价铜化合物为离子化合物,三价铜存在于阴离子[Cu2O6]6-中,目前所发现的三价铜配合物都是四配位的。
1.画出[Cu2O6]6-的结构;
2.一种三价铜的稀土化合物LaCuO3的晶格属立方晶系,氧离子位于棱心,阳离子各占据氧离子所构成的空隙中,其中三价铜离子的配位数是La(Ⅲ)的一半,试画出LaCuO3的晶胞。
十二.(12分)Q为多核电中性对称配合物,化学式可写成M3A3Cl3,其中M为中心原子,A为一有机配体(由常见元素组成)。
A为中性配体,不带电荷,M的质量分数为30.70%。
空气中灼烧有白烟和刺激性气体生成,A中也有一C3轴。
将Q溶解在液氨中得R,分离溶液后蒸馏结晶再灼烧,得红褐色固体氧化物。
R可由一常见白色难溶物(氯化物)溶解在液氨中制得。
1.M为何种元素,指出其配位数;
2.推出A的化学式;
3.画出Q的结构。
十三.(8分)发光材料Y2O2S的晶体属三方晶系,它的六方晶胞参数为:
a=378.8pm,c=659.1pm。
在晶体中,每个Y原子由3个S原子和4个O原子和它配位,Y原子坐标为±
(1/3,2/3,0.71),O原子坐标为±
(1/3,2/3,0.36),试画出Y2O2S的晶胞。
十四.(14分)钛酸锶是电子工业的重要原料,与BaTO3相比,具有电损耗低,色散频率高,对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。
十五.(11分)硫化锰MnS是赭色物质,用碱金属硫化物沉淀制得。
1.计算纯水中MnS的溶解度?
已知MnS的Ksp为3×
10-14,H2S的K1和K2分别为1.0×
10-7和1.2×
10-13
2.α-MnS晶体属于立方晶系,用X射线粉末法测得该晶体晶胞参数a=522.4pm;
(1)26℃测得该晶体的密度为4.05g/m3,请计算一个晶胞中的离子数;
(2)若某α-MnS纳米颗粒形状为立方体,边长为α-MnS晶胞边长的10倍,请估算其表面原子占总原子数的百分比。
(已知S2-的半径0.184nm)
十六.(6分)金属M的晶格是面心立方,密度为8.90g/cm3,计算:
1.Ni晶体中最邻近的原子之间的距离。
2.能放入Ni晶体空隙中的最大原子半径是多少?
2010届高中化学竞赛专题辅导(三)晶体结构答案
答案:
1.A:
Hg(NH3)2Cl2;
B:
Hg2(NH2)2Cl2(HgNH2Cl);
HgCl2+2NH3=HgNH2Cl+NH4Cl(各1分)
2.都为简单立方堆积(1.5分)
3.占据Cl-形成简单立方的面心,占有率1/6(各1分)
4.B中存在着-Hg-NH2-Hg-锯齿型链和链间的Cl-(1.5分)
5.A比B易溶于水(1分)
1.H2TiO3+SrCl2+2KOH=SrTiO3+2H2O+2KCl(2分)
2.
(1)
(2分)
(2)1/4(1分)
(3)容纳Ti4+的八面体空隙处于晶胞的中心,是由6个最邻近的O2-氧负离子所构成。
其他的八面体中心均位于晶胞边棱的中心,虽然最邻近的微粒数也是6,但其中只有4个是O2-,另外两个是Sr2+。
两个正离子Sr2+和Ti4+彼此靠近,从静电学角度分析是不利的。
(4)Sr2+半径为(390.5×
«
-140×
2)/2=136pm;
Ti4+半径为(390.5-140×
2)/2=55pm(各1分)
Sr2+半径与O2-半径相近,而Ti4+半径小得多,适合填充在八面体空隙中(1.5分)
4.ρ=M/NAa3=5.12g/cm3(1分)V=πd3/6=5.57×
10-18cm3(0.5分)
m=ρV=2.85×
10-17g(1分)N=5×
V/a3=4.68×
105个(1分)
三。
(10分)NH4Cl为CsCl型结构,晶胞中包含1个NH4+和1个Cl-,晶胞参数a=387pm。
1.154pm(1.5分)
2.ρ=1×
325.0/[6.022×
1023×
(4.19×
10-8)2×
(7.94×
10-8)]=3.87g/cm3。
(1.5分)
3.Hg2+:
压扁的正八面体NH4+:
压扁的正四棱柱(各1.5分,无压扁各1分)
4.Cl-的空间环境不同,可分为两类:
体内的两个Cl-①为一类;
棱边中点的4个Cl-②为另一类。
前者距NH4+较近(335pm),距Hg2+也较近(241pm);
后者距离NH4+397pm,距Hg2+296cm。
Cl-①与邻近晶胞的Cl-的距离最短为3.13pm,Cl-①与Cl-②的距离为382pm;
Cl-②与Cl-②的距离为419pm。
(4分)
1.
2.设Cu原子半径为r,r=«
a/4,一个(1,1,1)面上有1/2×
3+1/6×
3=2个Cu原子。
SCu=2πr2=πa2/4,S总=«
a2/2,SCu/S总=«
π/6=90.69%。
一个晶胞上有1/2×
6+1/8×
8=4个Cu原子。
SCu=16/3πr3=«
πa3/6,S总=a3,SCu/S总=«
π/6=74.05%。
(1分)
2.阴极面上一层Cu的物质的量为:
×
2×
=«
;
沉积的Cu原子的物质的量是:
,层数:
(3.5分)
1.2︰1(1分)
2.Na2SiF6(2分)
3.ρ=4MX/NAa3(1.5分)
4.一样(0.5分)50%(1分)
5.«
(正四面体)(2.5分)
6.KPF6(1.5分)
1.100.32pm(2分)
2.2.41g/cm3(3分)
1.●○(1分)
2.
(各2分)
3.
(各1分)
八.(8分)正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体,层内的H3BO3分子通过氢键相连(如右图)。
1.分子(1.5分)
2.共价键、氢键(1分)分子间作用力(1分)
3.3(1.5分)
4.
(2分)2H3BO3(1分)(B的排列类似石墨)
九.(10分)最简单的二元硼氮化合物可以通过下列反应合成:
(10分,每空2分)
⑴(4分)
B原子 (0,0,0)(«
,«
)或(«
)(2分)
N原子(0,0,«
)(«
,0)或(«
,0)(2分)
⑵«
(3分)
⑶d(B-N)=«
25.
(1)假设甲烷气体体积果折合成标准状况下的数据,为7.32kmol。
设甲烷水合物晶体的密度与冰密度是相同的,为1g/cm3,则其中的水有:
55.56kmol,因此:
CH4︰H2O=1︰7.6。
说明:
甲烷水合物的组成可能是6CH4·
46H2O。
以上是最简单的参考答案,只要答案为CH·
7~9H2O,均可按满分计。
(2)n(CH4)︰n(H2O)=8︰46=4︰23(1分);
ρ=0.92g/cm3。
(3分)
(3)由于n(Cl2):
n(H2O)=1︰8=6︰48。
因此,十四面体笼填入6个Cl2,2H2O进入十二面体笼。
1.«
十二。
(12分)Q为多核电中性对称配合物,化学式可写成M3A3Cl3,其中M为中心原子,A为一有机配体(由常见元素组成)。
将Q溶解在液氨中得R,分离溶液后蒸馏结晶再