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