高中化学竞赛题分子晶体.docx

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高中化学竞赛题分子晶体

中学化学竞赛试题资源库——分子晶体

A组

．下列物质固态时属于分子晶体的是

ACO2BNaClC金刚石DHCl

．下列物质中，属于分子晶体且不能跟氧气反应的是

A石灰石B石英C白磷D固体氖

．下列非金属单质在室温下均是分子晶体的是

A碘、硫、磷B氯、溴、磷C碳、硅、磷D氢、氧、氮

．下列物质固态时，一定是分子晶体的是

A酸性氧化物B非金属单质C碱性氧化物D含氧酸

．下列物质中，熔点最高的是

熔点最低的是

A干冰B晶体硅C硝酸钾D金属钠

．下列物质固态时熔点的比较正确的是

AF2＞Cl2＞Br2B金刚石＞NaCl＞O2

CS＞NaBr＞金刚石DNa＞CH4＞冰

．已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190℃，则下列结论不正确的是

A氯化铝是电解质B固体氯化铝是分子晶体

C可用电解熔融氯化铝的办法制取金属铝D氯化铝为极性分子

．在医院施行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质：

①HgCl2晶体熔点较低；②HgCl2在熔融状态下不能导电；③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离，下列关于HgCl2的叙述正确的是

AHgCl2属于共价化合物BHgCl2属于离子化合物

CHgCl2属于非电解质DHgCl2属于强电解质

．支持固体氨是分子晶体的事实是

A氮原子不能形成阳离子B氢离子不能单独存在

C常温下氨是气态物质D氨极易溶于水

．下表给出几种氯化物的熔沸点，对此有下列说法：

①CaCl2属于离子晶体②SiCl4是分子晶体③1500℃时，NaCl可形成气态分子④MgCl2水溶液不能导电

NaCl

MgCl2

CaCl2

SiCl4

熔点（℃）

801

712

782

－68

沸点（℃）

1465

1418

1600

57

与表中数据一致的说法有

A仅①B仅②C①和②D①、②和③

．已知下列晶体的熔点：

NaCl：

801℃AlF3：

1291℃AlCl3：

190℃BCl3：

107℃Al2O3：

2045℃CO2：

－56.6℃SiO2：

1723℃据此判断下列说法错误的是

A元素和铝组成的晶体中有的是离子晶体

B以一给出的物质中只有BCl3和CO2是分子晶体

C同族元素的氧化物可以形成不同类型的晶体

D不同族元素的氧化物可以形成相同类型的晶体

．SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推断：

①SiCl4晶体是分子晶体；②常温常压下SiCl4是液体；③SiCl4的分子是由极性键形成的分子；④SiCl4熔点高于CCl4。

其中正确的是

A只有①B只有①②C只有②③D①②③④

．下表所列物质晶体的类型全部正确的一组是

原子晶体

离子晶体

分子晶体

A

氯化硅

磷酸

单质硫

B

单晶硅

碳酸氢铵

白磷

C

金刚石

尿素

冰

D

铁

烧碱

冰醋酸

．目前，科学界拟合成一种“双重结构”的球形分子，即把足球烯C60的分子容纳在Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以其价键结合，下列叙述错误的是

A该晶体属分子晶体B该分子内原子间都以极性共价键相连接

C该物质是一种新化合物D该物质的相对分子质量为2400

．有四种氯化物，它们的通式为XCl2，其中最可能是第

A族元素的氯化物是

A白色固体，熔点低，完全溶于水，得到一种无色中性溶液，此溶液导电性差

B绿色固体，熔点高，易被氧化，得到一种蓝绿色溶液，此溶液具有良好的导电性

C白色固体，极易升华，如与水接触，可慢慢分解

D白色固体，熔点较高，易溶于水，得无色中性溶液，此溶液具有良好的导电性

．在下列有关晶体的叙述中错误的是

A离子晶体中，一定存在离子键B原子晶体中，只存在共价键

C金属晶体的熔沸点均很高D稀有气体的原子能形成分子晶体

．下列说法正确的是

A离子晶体中可能含有共价键，但一定含有金属元素

B分子晶体中一定含有共价键

C离子晶体中一定不存在非极性键

D石英与晶体硅都是原子晶体

．下列叙述正确的是

A离子晶体都是化合物B原子晶体都是单质

C金属在常温下都以晶体形式存在D分子晶体在常温下不可能为固体状态

．下列说法错误的是

A原子晶体中只存在非极性共价键

B分子晶体的状态变化，只需克服分子间作用力

C金属晶体通常具有导电、导热和良好的延展性

D离子晶体在熔化状态下能导电

．有关晶体的下列说法中正确的是

A晶体中分子间作用力越大，分子越稳定B原子晶体中共价键越强，熔点越高

C冰熔化时水分子中共价键发生断裂D氯化钠熔化时离子键未被破坏

.有关晶体的下列说法中正确的是

A氯化钠熔化时离子键未被破坏

B原子晶体中共价键越强，熔点越高

C冰融化时水分子中共价键发生断裂

D晶体中分子间作用力越大，分子越稳定

．下列有关物质结构及其性质的说法中不正确的是

A晶体具有规则几何外形是因为构成晶体的粒子是有规律排列的

B非金属元素能形成原子晶体、分子晶体和离子晶体

C固态时不导电，水溶液能导电的晶体一定是离子晶体

D水在4℃时密度最大的原因与H2O分子间形成氢键有关

．下面关于晶体的叙述中，错误的是

A金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小环上有6个碳原子

B氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个

C氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－

D干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子

第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需要。

天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4分子或1个游离H2O分子。

根据上述信息，完成下面两题：

．下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是

A两种都是极性分子

B两种都是非极性分子

CCH4是极性分子，H2O是非极性分子

DH2O是极性分子，CH4是非极性分子

．若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为

ACH4·14H2OBCH4·8H2OCCH4·（23/3）H2ODCH4·6H2O

．分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型：

A．碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不导电__________；

B．溴化铝，无色晶体，熔点98℃，熔融态不导电___________；

C．五氟化钒，无色晶体，熔点19.5℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中________；

D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电___________。

．请依据下列物质的物理性质，推测它们在固态时可能属于哪类晶体：

A．熔点995℃，易溶于水，水溶液导电。

A属于晶体

B．熔点－72.7℃，沸点－10.08℃，易溶于水。

B属于晶体

C．熔点112.8℃，难溶于水，易溶于CS2、CCl4等溶剂。

C属于晶体

D．熔点2300℃，沸点2500℃，硬度大。

D属于晶体

B组

．AB型的化学式形成的晶体结构情况多种多样。

下列图示的几种结构中最有可能是分子晶体的有哪些？

ABCDEF

．最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是______。

．氪原子的晶体的晶胞是个立方体，每个晶胞有4个Kr原子，该晶胞的边长0.559nm，求Kr晶体的密度。

．假如冰中H2O间不是以氢链相连结，而是以O原子间的六方密堆积的形式排列，H原子镶嵌在堆积的空隙中间。

（1）堆积的四面体空隙被H原子所占的体积分数是多少？

（2）在此种情况下，冰的密度是多少？

（O原子半径66pm）

．已经探明，我国南海跟世界上许多海域一样，海底有极其丰富的甲烷资源。

其总量超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。

据报导，这些蕴藏在海底的甲烷是高压下形成的固体，是外观像冰的甲烷水合物。

（1）试设想，若把它从海底取出，拿到地面上，它将有什么变化？

为什么？

它的晶体是分子晶体、离子晶体还是原子晶体？

你作出判断的根据是什么？

（2）已知每1立方米这种晶体能释放出164立方米的甲烷气体，试估算晶体中水与甲烷的分子比（不足的数据由自己假设，只要假设得合理均按正确论）。

．C60是碳的第三种稳定的同素异形体，C60的分子构型是由五边形和六边形面成的32面体，其中五边形面12个，每个碳原子只跟相邻的三个碳原子形成化学键，C60的13C核磁共振谱中只现一个峰。

（1）已知立方面心堆积的C60晶体中，C60分子占据立方体顶点和面心，立方晶胞边长为a＝1420pm，试问其晶胞中包含几个结构基元？

每个结构基元的内容是什么？

计算C60球的接触半径？

指出晶胞中C60与各类空隙数之比。

（2）K3C60化合物晶胞型式和晶胞参数均与C60晶体相同，其中C603－位于立方体顶点和面心，已知rK＋＝133pm，通过计算说明K＋离子在晶胞中占据何种类型空隙？

占据空隙的比率是多少？

标出K＋离子在晶胞中的位置。

（3）与C同族的Si、Ge等元素能否生成类似C60的分子，如Si60，Ge60分子，为什么？

推测哪些元素可以形成骨架掺杂的C60分子？

说明理由的。

．尿素（NH2）2CO的晶体结构如右图所示。

其晶胞参数a＝b＝567pm，c＝472.6pm，α＝β＝γ＝90°。

其结构特点是：

在晶胞中心位置有一分子，它的分子平面取向与顶点分子的分子平面取向垂直，但其C＝O的取向与项点分子的C＝O方向相反。

请指出：

（1）它属于什么晶系？

（2）每个晶胞中有几个尿素分子？

（3）根据18电子规则，指出下列配合物分子结构中n的数目，并画出Cr（CO）n、Fe（CO）n的立体结构。

．常压下，水冷却至0℃以下，即可结晶成六方晶系的冰。

日常生活中见到的冰、霜和雪等都是属于这种结构，其晶胞如右图所示。

晶胞参数为a＝452pm，c＝737pm。

回答问题：

（1）晶胞中会有几个水分子？

（2）计算氢键O－H…O的长度。

（3）计算冰的密度。

．碳的第三种单质结构C60的发现是国际化学界的大事之一。

经测定C60晶体为面心立方结构，晶胞参数a＝1420pm。

每个C60平均孔径为700pm，C60与碱金属能生成盐，如K3C60。

人们发现K3C60具有超导性，超导临界温度为18K。

K3C60是离子化合物，在晶体中以K＋和C603－存在，它的晶体结构经测定也是面心立方，晶胞参数a＝1424pm。

阿伏加德罗常数为6.02×1023mol－1，请回答：

（1）画出C60的晶胞。

（2）计算相邻C60球体最近距离，为什么这距离大于C60笼的孔直径。

（3）相邻C60球体间的距离是多少？

（4）与石墨平面原子间距离（335pm）相比，你认为在C60晶体中－C60间作用力属于哪一种类型？

（5）C60晶体的晶胞中存在何种空隙？

各有多少空隙？

（6）K3C60晶体的晶胞中有多少个K＋？

它们位于晶胞中何处？

试写出K＋的坐标位置。

（7）同一温度下，K3C60的晶体密度比C60的晶体密度增大了多少？

．水在不同的温度和压力条件下可形成11种不同结构的晶体，密度从比水轻的0.92g·cm－3到约为水的一倍半的1.49g·cm－3。

冰是人们迄今已知的由一种简单分子堆积出结构花样最多的化合物。

其中在冰－Ⅶ中，每个氧有8个最近邻，其中与4个以氢键结合，O－H…O距离为295pm，另外4个没有氢键结合，距离相同。

（1）画出冰－Ⅶ的晶胞结构示意图（氧用○表示，氢用ｏ表示），标明共价键（—）和氢键（----），写出氧原子的坐标。

（2）计算冰－Ⅶ晶体的密度。

．下面是一组探讨有关气体水合物结构的试题。

（1）气体水合物是一类通过O－H…O氢键将H2O分子结合成三维骨架型的主体结构，在其中有多面体孔穴，孔穴中包含作为客体的气体小分子，形成笼形水合包合物晶体。

根据客体分子的大小和形状，水分子可组成多种形式的主体骨架结构。

已知有上百种气体分子和水形成水合包合物。

下图列出了五个多面体的结构：

（〔〕内数字表示笼形多面体的多边形边数，上标表示该多边形的数目。

）

A〔512〕B〔51262〕C〔51264〕D〔43596273〕E〔4668〕

①已知A、B分别由20、24个水分子组成，请再确定构成C、D、E笼形多面体的H2O分子数。

②笼形多面体E可认为哪种正多面体削去其顶点得到。

③请用题干表示方法写出足球烯（C60）结构笼形多面体的构成。

④由24个水分子构成的14个面的笼形多面体除上面的结构外，请再举两例，用题干的表示方法表示。

（2）甲烷水合物（nCH4·46H2O）是一种具有重要经济价值的化合物，在海洋深处蕴藏量非常大，是未来的重要能源之一。

它的晶体结构可看作由五角十二面体〔512〕和十四面体〔51262〕共面连接堆积形成。

在立方晶胞中，〔512〕的中心处在顶角和体心位置；〔51262〕中心位置在面上，坐标为（1/4，1/2，0）、（3/4，1/2，0）……计6个。

它们彼此共用六角形面连成柱体，再和五角十二面体共面连接。

右图所示出甲烷水合物中水骨架的结构。

①确定晶胞中其余4个〔51262〕中心的坐标；

②CH4分子由于体积较小，可包合在这两种多面体中，若全部充满时，确定晶胞的组成为（即n值）。

③已知该晶胞参数a＝1180pm，计算1cm3甲烷水合物晶体中可释放CH4的体积（标准状况下）。

④有的文献中报导开采1m3的甲烷水合物晶体可得到164m3的甲烷气体，请根据③的结果给出一合理解释。

C组

．第三周期元素氟化物的熔点从SiF4开始突然下降（见下表），试从结构观点予以分析、说明。

．试说明硅酸盐结构的共同特征。

．Al3＋为什么能部分置换硅酸盐中的硅？

置换后对硅酸盐组成有何影响？

．核糖核酸酶－S蛋白质晶体的晶体学数据如下：

晶胞体积167nm3，晶胞中分子数6，晶体密度1.282g·cm－3。

如蛋白质在晶体中质量分数为68％，计算该蛋白质的相对分子质量。

．冰为六方晶系晶体，晶胞参数a＝452.27pm，c＝736.71pm，晶胞中含4H2O，括号内为O原子分数坐标（0，0，0；0，0，0.375；2/3，1/3，1/2；2/3，1/3，0.875），请据此计算或说明：

（1）计算冰的密度；

（2）计算氢键O－H…O键长；

（3）冰的点阵型式是什么？

结构基元包含哪些内容？

．S8分子既可形成单斜硫，也可形成正交硫。

用X射线衍射法（CuKα射线）测得某正交硫晶体的晶胞参数a＝1048pm，b＝1292pm，c＝2455pm。

已知该硫磺的密度2.07g·cm－1，S的相对原子质量为32。

（1）计算每个晶胞中S8分子数目；

（2）计算224衍射线的Bragg角θ

（3）写出气相中S8分子的全部独立的对称元素。

．回答下列有关A型分子筛的问题：

（1）写出3A，4A，5A型分子筛的化学组成表达式及其用途；

（2）最大孔窗由几个Si和几个O原子围成？

（3）最大孔穴（笼）是什么笼？

直径大约多大？

（4）简述筛分分子的机理。

．由于生成条件不同，球形C60分子可堆积成不同的晶体结构，如立方最密堆积和六方最密堆积结构。

前者的晶胞参数a＝1420pm；后者的晶胞参数a＝b＝1002pm，c＝1639pm。

（1）画出C60的ccp结构沿四重轴方向的投影图；并用分数坐标示出分子间多面体空隙中心的位置（每类多面体空隙中心只写一组坐标即可）。

（2）在C60的ccp和hcp结构中，各种多面体空隙理论上所能容纳的“小球”的最大半径是多少？

（3）C60分子还可形成非最密堆积结构，使某些碱金属离子填入多面体空隙，从而制得超导材料。

在K3C60所形成的立方面心晶胞中，K＋占据什么多面体空隙？

占据空隙的百分数为多少？

．Y型分子筛属于立方晶系，空间群为以O7h－F

，其晶胞参数为。

＝2460pm，晶胞组成为28Na2O·28Al2O3·136SiO2·Xh2O。

（a）说明该分子筛晶体所属的点群和空间点阵型式；

（b）说明该分子筛晶体的宏观对称元素和特征对称元素；

（c）计算硅铝比；

（d）已知该分子筛的密度为1.95g/cm3，求晶胞中结晶水的数目。

参考答案（42）