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最全2014年全国化学竞赛---中学化学竞赛试题资源库——晶体结构


中学化学竞赛试题资源库——晶体结构
A组
i.下列物质中含有非极性共价键的离子晶体是 A H2O2 B N2 C NaOH D K2O2 ii.下列说法错误的是 A 元素的种类由核内质子数决定 B 原子的种类由核内质子数和中子数共同决定 C 分子的种类由分子的组成决定 D 晶体的种类由组成晶体的基本微粒和微粒间相互作用共同决定 iii.下列物质固态时属于分子晶

体的是 A CO2 B NaCl C 金刚石 D HCl iv.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 v.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 vi.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 vii.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 viii.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 ix.下列各项中是以共价键结合而成的晶体是 A 分子晶体 B 原子晶体 C 离子晶体 D 金属晶体 x.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 xi.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 xii.下列各组中的两种固态物质熔化(或升华)时,克服的微粒间相互作用力属于同 种类型的是 A 碘和碘化钠 B 金刚石和重晶石 C 冰醋酸和硬脂酸甘油酯 D 干冰和二氧化硅 xiii.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 xiv.A、B 两种元素的质子数之和为 21,A 原子核外电子比 B 原子核外电子少 5 个, 下列有关叙述中,错误的是 A 固体 A 单质是分子晶体 B B 的单质能导电 C A 与 B 的化合物是离子晶体 D A 与 B 的化合物能与酸反应,但不能与碱反应 xv.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 xvi.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 xvii.由钾和氧组成的某种离子晶体中含钾的质量分数为 78/126,其阴离子只有过氧 - - 离子(O22 )和超氧离子(O2 )两种。在此晶体中,过氧离子和超氧离子的物质的量之 比为 A 2︰1 B 1︰1 C 1︰2 D 1︰3 xviii.下列微粒的个数不是 1︰1 的是 A 氘( 1 H)原子中的质子和中子 B NH3 分子中的质子和电子 C NaHSO4 晶体中的阴离子和阳离子 D K2O2 固体中的阴离子和阳离子 xix.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 MgCl2 水溶液不能导电 NaCl 熔点(℃) 801 沸点(℃) 1465 MgCl2 712 1418 CaCl2 782 1600 SiCl4 -68 57
2



与表中数据一致的说法有 A 仅① B 仅② C ①和② D ①、②和③ xx. 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 xxi.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① B 只有①② C 只有②③ D ①②③④ xxii.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 xxiii.图中所示的是 CsCl 晶体的晶胞: + - - Cs 位于中心, 位于 8 个顶角, Cl 则每个晶胞中的 Cl 的数目为 A 1个 B 2个 C 3个 D 4个 xxiv. 据报道国外有科学家用一束激光将置于铁室中石墨靶上的 碳原子炸松,与此同时用一个射频电火花喷射氮气,此时碳、氮原 子结合成碳氮化合物的薄膜。据称,这种化合物比金刚石更坚硬, 其原因可能是 A 碳、氮原子构成网状晶体结构 B 碳氮键比金刚石中的碳碳键更短 C 碳、氮都是非金属元素,且位于同一期 D 碳、氮的单质的化学性质均不活泼 xxv. 食盐晶体是由钠离子和氯离子组成, 这两种离子在 空间按 3 个垂直方向都是等距离地交错排列。已知食盐的摩 尔质量是 58.5 克/摩,密度是 2.2 克/厘米 3,则食盐中相邻的 钠离子核间距离的数值最接近于 - - A 3.0×10 8cm B 3.5×10 8cm - - C 4.0×10 8cm D 5.0×10 8cm xxvi.石墨晶体结构如右图所示: 每一层由无数个正六边形构成,则平均每一个正六边形所占 有的碳原子数是 A 6个 B 4个 C 3个 D 2个 xxvii.石墨是层状晶体,每一层内,碳原子排成正六边形, 许多个正六边形排列成平面状结构,如果将每对相邻原子间的化 学键看成一个化学键,则石墨晶体每一层内碳原子数与 C-C 化学键数的比是 A 2︰3 B 1︰3 C 1︰1 D 1︰2 xxviii.某固体仅有一种元素组成,其密度为 5 克/厘米 3,用 X 射线研究该固体的结 - 果表明,在边长为 1×10 7 厘米的立方体中仅有 20 个原子,则此元素的原子量接近 A 32 B 65 C 120 D 150 xxix.下列各物质的晶体中,与其中任意一个质点(原子或离子)存在直接强烈相互 作用的质点数目表示正确的是 A 氯化铯~8 B 水晶~4 C 晶体硅~6 D 碘晶体~2 xxx.某晶体中,存在着 A(位于八个顶点) 、B(位于体心) 、C(位 于正六面体中的六个面上)三种元素的原子,其晶体结构中具有代表性的 最小重复单位(晶胞)的排列方式如图所示: 则该晶体中 A、B、C 三种原子的个数比是 A 8︰6︰1 B 1︰1︰1 C 1︰3︰1 D 2︰3︰1 xxxi.某离子晶体的晶胞结构如下图所示:

则该离子晶体的化学式为 A abc B abc3 C ab2c3 D ab3c xxxii.某离子晶体的空间构型如图所示,则该晶体中 X、Y 的离子个数比为 A XY4 B XY2 C YX D YX2 xxxiii.某物质由 A、B、C 三种元素组成,其晶体中微粒的 排列方式如图所示:

该晶体的化学式是 A AB3C3 B AB3C C A2B3C D A2B2C xxxiv.1999 年美国《科学》杂志报道:在 40GPa 高压下,用激光器加热到 1800K, 人们成功制得了原子晶体干冰,下列推断正确的是 A 原子晶体干冰有很高的熔点、沸点,有很大的硬度 B 原子晶体干冰易气化,可用作制冷材料 C 原子晶体干冰硬度大,可用作耐磨材料 D 每摩尔原子晶体干冰中含 2mol C—O 键 xxxv.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 xxxvi.有四种氯化物,它们的通式为 XCl2,其中最可能是第 IIA 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 + - xxxvii.a 在常温下为离子晶体,由 X、Y 两元素构成,在 a 中 Xm 和 Yn 的电子层结 构相同。已知下列反应:

? (1)a+H2O ? ? ? H2+b+c (2)H2+c?d(气) (3)b+c?a+e+H2O
电解

则 a、e、f 依次是

A NaCl NaClO HCl C Na2S Na2SO3 H2SO3

B CaCl2 Ca(ClO)2 HclO D K2S K2SO3 H2SO4

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: xxxviii.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 C CH4 是极性分子,H2O 是非极性分子 D H2O 是极性分子,CH4 是非极性分子 xxxix.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 A CH4·14H2O B CH4·8H2O C CH4·(23/3)H2O D CH4·6H2O -8 -24 xl.铁原子半径为 1.26×10 cm,质量为 55.8μ (μ =1.67×10 g),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 。 xli.如图:晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二 十面体的原子晶体, 其中含有 20 个等边三角形和一定数目的顶角, 每个顶角上各有一个原子,试观察右边图形,回答: 这个基本结构单元由 个硼原子组成,键角是 , 共含有 个 B-B 键。 xlii.钇钡铜复合氧化物超导体有着与钙钛矿型相关的晶体结 构,若钙钛矿中 Ca、Ti、O 形成如下图所示的晶体,求钙钛矿的 化学表达式: 。

xliii.BGO 是我国研制的一种闪烁晶体材料,首次用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名 实验,它是锗酸科简称。若知:①在 BGO 中,锗处于最高价态,②在 BGO 中,铋的价态 与铋跟氯形成的某种共价化合物时所呈的价态相同,在此氯化物中科具有最外层 8 电子稳 定结构,③BGO 可看成是由锗和科两种元素所形成的复杂氧化物,且在 BGO 晶体的化学 式中,这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空: (1)锗和科的元素符号分别是 和 ; (2)BGO 晶体的化学式是 ; (3)BGO 晶体所含税氧化物的化学式是 。 xliv.A、B、C、D 是短周期元素,它们的离子具有相同的电子层结构,且半径依次 减小。A 与 D 的化合物 X 既能与盐酸反应,又能与 NaOH 溶液反应;B、C 组成典型的离

子化合物 Y,其晶体结构类似于 NaCl 晶体;A 与 C 以原子个数之比 1︰1 组成化合物 Z。 (1)写出 X 分别与盐酸、NaOH 溶液反应的离子方程式 (2)写出 Y 的电子式 (3)写出 Z 与 CO2 反应的化学方程式 (4)B、C、D 可组成离子化合物 CmDBn,其晶体结构单元如右 + 图所示。 阳离子 Cx (○表示) 位于正方体的棱的中点和正方体内部 (内 部有 9 个○, 个位于体心,另 8 个位于大正方体被等分为 8 个小正方 1 - 体后的体心) ;阴离子 DBnmx (●表示)位于该正方体的顶点和面心。 则:x= 、m= 、n= 。
?2 ?3

xlv.NiO 晶体在氧气中加热,部分 Ni 被氧化为 Ni 而成为 NixO(X<1) 。该晶体为 NaCI 型晶体,晶体的基本单元为立方体,每个立方体中含有 4 个 NixO 分子。今有一批 - NixO 晶体,测得密度为 6.47g/cm3。立方体的边长为 0.4157×10 7cm。 (1)求 NixO 的相对分子质量;
?2 ?3

(2)已知 Ni 原子的相对原子质量为 58.70,当 NixO 以 Ni y Ni zO 表示时,求 y、z 的 值。

B组
xlvi.碘晶体升华时,下列所述内容发生变化的是 A 分子内共价键 B 分子间的作用力 C 分子间的距离 D 分子内共价键的键长 xlvii.下面有关晶体的叙述中,不正确的是 A 金刚石网状结构中,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有 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 10 个 CO2 分子 xlviii. 2001 年曾报道,硼镁化合物刷新了金属化合物超导温度 的最高记录。该化合晶体结构中的晶胞如右图所示。镁原子间形 成正六棱柱,六个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表 示为 A Mg14B6 B Mg2B C MgB2 D Mg3B2 xlix.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______。 l.纳米材料的特殊性质的原因之一是由于它具有很大的比表面 积(S/V)即相同体积的纳米材料比一般材料的表面积大很多。假定 某种原子直径为 0.2nm,则可推算在边长 1nm 的小立方体中,共有 个原子,其表面有 个原子,内部有______个原子。由于处于表面的原子数目较多, 其化学性质应 (填“很活泼”或“较活泼”或“不活泼”。利用某些纳米材料与 )

特殊气体的反应可以制造气敏元件,用以测定在某些环境中指定气体的含量,这种气敏元 件是利用了纳米材料具有的 作用。 li.A、B 为两种短周期元素,A 的原子序数大于 B,B 原子的最外层电子数为 A 原子 最外层电子数的 3 倍。A、B 形成的化合物是中学化学常见的化合物,该化合物熔融时能 导电。试回答下列问题: (1)A、B 的元素符号分别是 、 ; (2)用电子式表示 AB 元素形成化合物的过程: ; (3)A、B 所形成的化合物的晶体结构跟 NaCl 的晶体结构相似,则每个阳离子周围 吸引了 个阴离子。晶体中阴阳离子数之比为 ; (4)A、B 所形成的化合物的晶体的熔点比 NaF 晶体的熔点 ,其判断的理由 是 。 lii.W、X、Y、Z 四种短周期元素的原子序数 X>W>Z>Y。W 原子最外层电子数 不超过最内层电子数。X 原子 L 层电子数是其它各层电子总数的 2 倍。Y 原子形成的气态 氢化物分子与形成的最高价氧化物分子的电子数之比为 5︰11。Z 是自然界中含量最多的 元素。 (1)Y 和 Z 形成的化合物与 W 和 Z 形成的化合物反应,其化学方程式可能 是 ; (2)Y 元素可形成化学式为 Y60 的物质,该物质称为足球烯。已知该物质溶于苯等有 机溶剂,熔点较低,由此可推测 Y60 晶体属于 晶体,Y 原子间形成 键;(填 键的类型) (3)W、X 元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱为 < ;(用化 学式表示) (4)这四种元素原子半径的大小为 > > > 。(填元素符 号) liii.氮化硅是一种高温陶瓷材料,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普 遍采用高纯硅与纯氮在 1300℃反应获得。 (1)氨化硅晶体属于 晶体;(填晶体类型) (2)已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且 N 原子和 N 原子、Si 原子 和 Si 原子不直接相连,同时每个原子都满足 8 电子稳定结构。请写出氮化硅的化学 式 ; (3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,可得到较高纯度的 氮化硅。反应的化学方程式为 。 liv.某离子晶体晶胞结构如右图所示,X 位于立方体的顶点,Y 位于 立方体中心。试分析: (1) 晶体中每个 Y 同时吸引着 个 X, 每个 X 同时吸引 着 个 Y,该晶体化学式为 ; (2)晶体中在每个 X 周围与它最接近且距离相等的 X 共有______ 个; (3) 晶体中距离最近的 2 个 X 与 1 个 Y 形成的夹角∠XYX 的度数为 (填角的 度数);

(4)设该晶体的摩尔质量为 Mg/mol,晶体密度为ρ g/cm3,阿伏加德罗常数为 NA, 则晶体中两个距离最近的 X 之间的距离为 cm3。 lv.FexO 晶体晶胞结构为 NaCl 型,由于晶体缺陷,x 值小于 1。测知 FexO 晶体为ρ 为 5.71g/cm,晶胞边长(相当于例题 2 中 NaCl 晶体正方体结构单元的边长)为 4.28×10 -10 m(相对原子质量:Fe 55.9 O 16.0) 。求: (1)FexO 中 x 值为 (精确至 0.01) 。 + + + + + (2) 晶体中 Fe 分别为 Fe2 、 3 , Fe2 和 Fe3 的总数中, 2 所占分数为_______ Fe 在 Fe (用小数表示,精确至 0.001) 。 (3)此晶体的化学式为 。 - (4)Fe 在此晶系中占据空隙的几何形状是 (即与 O2 距离最近且等距离的 铁离子围成的空间形状) 。 (5)在晶体中,铁元素的离子间最短距离为 m。 lvi.理想的宏观单一晶体呈规则的多面体外形。多面体的面叫晶 面。 今有一枚 MgO 单晶如附图 1 所示。 它有 6 个八角形晶面和 8 个正 三角形晶面。 宏观晶体的晶面是与微观晶胞中一定取向的截面对应的。 已知 MgO 的晶体结构属 NaCl 型。它的单晶的八角形面对应于它的晶 胞的面。请指出排列在正三角形晶面上的原子(用元素符号表示原子, 至少画出 6 个原子,并用直线把这些原子连起,以显示它们的几何关系) 。 lvii.石墨的片层与层状结构如 右图:其中 C—C 键长为 142pm,层 - 间距离为 340pm(1pm=10 12 米) 。 试回答: (1)片层中平均每个六圆环含 碳原子数为 个; 在层状结构中, 平均每个六棱柱 (如 ABCDEF—A1B2C3D4E5F6) 含碳原子 数 个。 (2)在片层结构中,碳原子数、C—C 键数、六元环 数之比为 。 (3)有规则晶体密度的求算方法:取一部分晶体中的重复单位(如六棱柱 ABCDEF —A1B2C3D4E5F6) ,计算它们的质量和体积,其比值即为所求晶体的密度,用此法可求出 石墨晶体的密度为 g/cm3(保留三位有效数字) 。 lviii.右图所示为 PTC 元件(热敏电阻)的主要成分——钡钛矿晶体结构,该结构是 具有代表性的最小重复单位。该晶体经 X 射线分析鉴定, + 重复单位为正方体, 边长 a=403.1pm, 顶点位置为 Ti4 所占, + - 体心位置为 Ba2 所占,所有棱心位置为 O2 所占。 (1)写出晶体的化学式 ; + + (2)若将 Ti4 置于晶胞的体心,Ba2 置于晶胞的顶点, - 则 O2 处于立方体的什么位置? ; + 4+ (3)在该物质的晶体中,每个 Ti 周围与它最邻近的且距离相等的 Ti4 有几个?它 们在空间呈什么形状分布? ;

(4)指明 Ti4 的氧配位数和 Ba2 的氧配位数 ; 2- (5)说明 O 的氧配位情况 ; 2- 4+ 2+ (6)已知 O 半径为 140pm,计算 Ti 半径和 Ba 半径 ; 2+ 2- (7)Y 和 O 联合组成哪种类型的堆积? ; (8)计算该晶体密度。 十 - lix.已知 LiI 的晶体与 NaCl 晶体结构相同。实验测得 Li 与 I 之间最近的距离是 + 十 0.302nm。假定 Li 和 Li 都是刚性球。 - + (1)欲计算得到 I 和 Li 的近似半径时,你还必须再作什么假定? - + (2)计算 I 和 Li 的近似半径。 + (3)若用另一种方法测得 Li 的半径约为 0.060nm~0.068nm,试验证你的假定是否 正确。 lx.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? - lxi.NH4Cl 为 CsCl 型结构,晶胞中包含 1 个 NH+和 1 个 Cl ,晶胞参数 a=387pm。 (1)NH+热运动呈球形,试画出晶胞结构示意图。 - (2)已知 Cl 半径为 181pm,求球形 NH+的半径。 (3)计算 NH4Cl 晶体密度。 + (4)若 NH4 因热运动而转动,H 为有序分布,则 NH4Cl 的几何构型如何?画出晶胞 结构示意图。 lxii.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) 。 C组 lxiii.SiC 是原子晶体,其结构类似金刚石,为 C、Si 两原子 依次相间排列的正四面体型空间网状结构。如右图所示为两个中 心重合,各面分别平行的大小两个正方体,其中心为一 Si 原子, 试在小正方体的顶点上画出与该 Si 最近的 C 的位置, 在大正方体 的棱上画出与该 Si 最近的 Si 的位置。 两大小正方体的边长之比为 _______;Si—C—Si 的键角为______(用反三角函数表示) ;若 Si—C 键长为 a cm,则大正方体边长为_______cm;SiC 晶体的密 度为________g/cm3。 A 为阿佛加德罗常数,相对原子质量 C.12 (N Si.28) - lxiv. 已知金刚石中 C-C 键长为 1.54×10 10m, 那么金刚石的密度为 。 - - lxv . LiH 及 LiF 晶体中 r H ) ( =140pm, F ) r ( =133pm, 熔点分别为: LiH 为 680℃,





LiF 为 850℃,较为接近,然而生成热差别大,Δ fHm (LiH)=-90kJ·mol 1 及Δ fHm - (LiF)=-612kJ·mol 1。 lxvi.钨酸钠 Na2WO4 和金属钨在隔绝空气的条件下加热得到一种具有金属光泽的、 深色的、有导电性的固体,化学式 NaxWO3,用 X 射线衍射法测得这种固体的立方晶胞的 - 边长 a=3.80×10 10m,用比重瓶法测得它的密度为 d=7.36g/cm3。已知相对原子质量:W - 183.85,Na 22.99,O 16.00,阿伏加德罗常数 L=6.022×1023mol 1。求这种固体的组成中 的 x 值(2 位有效数字) ,给出计算过程。 lxvii.2003 年 3 月日本筑波材料科学国家实验室一个研究小组发现首例带结晶水的晶 1.3H 体在 5K 下呈现超导性。 据报道, 该晶体的化学式为 Na0.35CoO2· 2O, 具有??-CoO2-H2O-Na-H2O-CoO2-H2O-Na-H2O-??层 状结构;在以“CoO2”为最简式表示的二维结构中,钴原子和氧原子 呈周期性排列,钴原子被 4 个氧原子包围,Co-O 键等长。 (1)钴原子的平均氧化态为 。 (2)以●代表氧原子,以●代表钴原子,画出 CoO2 层的结构, 用粗线画出两种二维晶胞。可资参考的范例是:石墨的二维晶胞是右图中用粗线围拢的平 行四边形。 (3)据报道, 该晶体是以 Na0.7CoO2 为起始物, 先跟溴反应,然后用水洗涤而得到的。 写出起始物和溴的反应方程式。 lxviii.钒是我国丰产元素,储量占全球 11%,居第四位。在光纤通讯系统中,光纤将 信息导入离光源 1km 外的用户就需用 5 片钒酸钇晶体(钇是第 39 号元素) 我国福州是全 。 球钒酸钇晶体主要供应地,每年出口几十万片钒酸钇晶体,年创汇近千万美元(1999 年) 。 3 钒酸钇是四方晶体,晶胞参数 a=712pm,c=629pm,密度 d=4.22g/cm ,含钒 25%,求 钒酸钇的化学式以及在一个晶胞中有几个原子。给出计算过程。 钒酸钛的化学式: 一个晶胞中的原子数: 计算过程: + + lxix.CaF2 晶体的结构有如下特点:Ca2 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 F 占据其四面体空隙中。 (1)F-占据四面体空隙的占有率为 。 - + - (2)CaF2 晶体中 F 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? 2 (3)Ca +占据 F-形成的 面体空隙中(四、六、八) ,其占有率是 。 2+ (4)若 Ca 离子处于晶胞顶点,写出晶胞中所有离子的分数坐标。 lxx.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 181 pm,相对原子质量:Na 23.0;Al 27.0;F 19.0。 - (1)指出 AlF63 配离子中心离子的杂化轨道类型和配离子空间构型。 + (2)指出冰晶石晶体中 Na 在晶胞中所占的位置。 (3)计算冰晶石晶体中 Al—Al 最短距离。 lxxi. 60 分子本身是不导电的绝缘体, C 但它的金属化合物具有半导体性、 超导性。 1991 年 4 月 Hebard 等首先报道掺钾 C60 有超导性,超导临界温度 19K。研究表明 KxC60 的晶体

φ



φ

结构中,C60 具有面心立方结构(与 NaCl 晶体结构中 Na 或 Cl 的排列方式类似) ,而 K 填充在其四面体和八面体空隙中,晶胞参数 1.4253nm(相当于 NaCl 晶胞的边长) 。 (1)C60 晶体类型与 KxC60 晶体类型分别是 、 。 + (2)占据四面体空隙和八面体空隙中的 K 数之比是 (3)X= + (4)如果 K 半径为 0.112nm,则 C60 的分子半径约为 (5)计算 KxC60 的密度 lxxii .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) 3C60 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。 K (7)同一温度下,K3C60 的晶体密度比 C60 的晶体密度增大了多少? lxxiii.碳化硅(SiC)俗名“金刚砂” ,有类似金刚石 的结构和性质。其空间结构中碳硅原子相间排列,右图所 示为碳化硅的晶胞 (其中●为碳原子, 为硅原子) 已知: ○ 。 -11 - 碳原子半径为 7.7×10 m,硅原子半径为 1.17×10 10m, SiC 晶体密度为 3.217g/cm3) (1)SiC 是 晶体,碳、硅原子杂化类型都 是 ,键角都是 ,三个碳原子和三个硅原子相 间构成一个 式(船、椅)六元环。 (2)如右图所示碳化硅晶胞,从立方体对角线的视角 观察,画出一维空间上碳、硅原子的分布规律(注意原子的比例大小和相对位置,至少画 两个周期) (3)从与对角线垂直的平面上观察一层碳原子的分布,请在二维平面是画出碳原子 的分布规律(用●表示,至少画 15 个原子,假设片层碳原子间分别相切) ; 计算二维空间上原子数、切点数和空隙数的比例关系 再考虑该片层结构的上下各与其相邻的两个碳原子片层。这两个碳原子的片层将投影 在所画片层的 (原子、切点、空隙)上,且这两个片层的碳原子 (相对、 相错) (4)如果我们以一个硅原子为中心考虑,设 SiC 晶体中硅原子与其最近的碳原子的 最近距离为 d,则与硅原子次近的第二层有 个原子,离中心原子的距离是 , 它们都是 原子。







(5)如果我们假设碳、硅原子是刚性小球,在晶体中彼此相切,请根据碳、硅原子 半径计算 SiC 的密度,再根据理论值计算偏差,并对产生偏差的原因作一合理解释。 (6)估算 SiC 晶体的原子占据整个空间的百分数,只需给出一个在 5%以内的区间。 lxxiv.今年 3 月发现硼化镁在 39K 呈超导性,可能是人类对超导认识的新里程碑。在 硼化镁晶体的理想模型中,镁原子和硼原子是分层排布的,像维夫饼干,一层镁一层硼地 相间,下图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿 C 轴方向的投影,白球是镁原子投影, 黑球是硼原子投影,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。 (1)由下图可确定硼化镁的化学式为: 。 (2)在下图右边的方框里画出硼化镁的一个晶胞的透视图,标出该晶胞内面、棱、 顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子(镁原子用大白球,硼原子用小黑球表示) 。

a=b≠c,c 轴向上 lxxv.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. 85 g/mol MC=12 g/mol NA=6.02214×1023 mol 1 lxxvi.研究离子晶体,常考察以一个离子为中心时,其周围不同距离的离子对它的吸 引或排斥的静电作用力。设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为 d,以 钠离子为中心,则: (1)第二层离子有 个,离中心离子的距离为 d,它们是 离子。 + - (2)已知在晶体中 Na 离子的半径为 116pm,Cl 离子的半径为 167pm,它们在晶体 中是紧密接触的。求离子占据整个晶体空间的百分数。

(3)纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大,这是它的许多特殊性质的原因, 假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状,求这种纳米颗粒的 表面原子占总原子数的百分比。 (4)假设某氯化钠颗粒形状为立方体,边长为氯化钠晶胞边长的 10 倍,试估算表面 原子占总原子数的百分比。 lxxvii.黄铜矿是最重要的铜矿,全世界的 2/3 的铜是由它提炼的。回答下列问题: (1)右图为黄铜矿的晶胞。计算晶胞中各种原子的数目: Cu Fe S 写出黄铜矿的化学式 (2)在黄铜矿晶胞中含有 个结构单元(周期性重复的最 小单位)?每个结构单元代表什么? (3)在高温下,黄铜矿晶体中的金属离子可以发生迁移。若 铁原子与铜原子发生完全无序的置换, 可将它们视作等同的金属离 子,请在右图框中画出它的晶胞。 (4)在无序的高温型结构中,硫原子作什么类型的堆积? 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? (5)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: 63.5 Fe 55.84 Cu S 32.06) (6)实验表明,CuCaS2 和 Cu2SnFeS4 与黄铜矿的结构类型相 同。请据此推测黄铜矿中铜和铁的氧化态。答:铜 铁 lxxviii.近来,碳的多晶体(特别是富勒烯,当然也包括石墨)的性质再次引起研究 者的关注,因为它们在金属原子配合物中可以作为大配体,并使金属原子配合物具有不同 寻常的电物理性能。 石墨与碱金属蒸气在高压下相互作用, 形成了分子式为 MC8 的新化合 物。这些化合物具有层状结构,层与层间原子的排列方式是:一层中的碳原子恰好位于另 一层中的碳原子之上;而金属原子位于层之间、六棱柱中心处(配位数为 12) 。金属原子 为钾时,层间距为 560pm;金属原子为铷时,层间距为 540pm;金属原子为铯时,层间距 为 590pm。下表给出一些碱金属的原子和离子半径。已知纯净石墨的层间距是 334pm,而 在同一层中的碳原子间的距离很短,等于 141pm。 碱金属 钾 铷 铯 原子半径(pm) 235 248 268 M 离子半径 (pm) 133 148 169


(1)在这化合物中,碱金属的状态是 (阳离子还是中性原子)?通过计 算说明。 (2)假定钡原子半径为 221pm,钡离子的半径是 135pm。金属原子为钡时,这类化 合物的层间距可能是 (3)由钡原子所占据的碳原子构建的六棱柱的数目是六棱柱总数的 (4)这些化合物的导电性属于 (金属、半导体或绝缘体) 。 lxxix.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(Ca 40.1 Cu 63.5) (4)计算 Ca、Cu 原子半径。

b c ○ Ca · Cu lxxx.某二水合、六配位的锰配合物晶体,沿 a,b,c 三个互相垂直的晶轴方向上摄 - - 取三张回转图,求得其晶胞的三个参数 a=11.8×10 10m,b=22.0×10 10m,c=7.21×10 -10 m,该晶体的密度为 1.57×103kg/m3,另外根据元素分析知道: 元素 质量百分数(%) Mn 12.4 Cl 16.1 C 32.6 N 25.4 O 7.2 H 6.3

a

(1)试写出该配合物的分子式并推断其可能结构; (2)已知两个最大的配位体的结构相同,都可看成是由 4 个六元环构成的立体结构, 试画出该配位体的立体结构; (3)试根据其晶体的 X-射线分析所得的上述数据,推断晶胞中所含的结构基元是 什么?结构基元数目是多少? lxxxi.某同学在学习等径球最密堆积(立方最密堆积 A1 和六方最密堆积 A3)后,提出了另一种最密堆积形式 Ax。如右图所示为 Ax 堆积的片层形式,然后第二层就堆 积在第一层的空隙上。请根据 Ax 的堆积形式回答: (1)计算在片层结构中(如右图所示)球数、空隙 数和切点数之比 (2)在 Ax 堆积中将会形成正八面体空隙和正四面体 空隙。请在片层图中画出正八面体空隙(用·表示)和正 四面体空隙(用×表示)的投影,并确定球数、正八面体 空隙数和正四面体空隙数之比 (3)指出 Ax 堆积中小球的配位数 (4)计算 Ax 堆积的原子空间利用率。 (5)计算正八面体和正四面体空隙半径(可填充小球的最大半径,设等径小球的半

径为 r) 。 (6)已知金属 Ni 晶体结构为 Ax 堆积形式,Ni 原子半径为 124.6pm,计算金属 Ni 的 密度。 (Ni 的相对原子质量为 58.70) + - (7)如果 CuH 晶体中 Cu 的堆积形式为 Ax 型,H 填充在空隙中,且配位数是 4。则 - H 填充的是哪一类空隙,占有率是多少? (8)当该同学将这种 Ax 堆积形式告诉老师时,老师说 Ax 就是 A1 或 A3 的某一种。 你认为是哪一种,为什么? lxxxii.决定晶体中阳离子配位数的因素很多,在许多场合下,半径比 r+/r-往往起着 重要作用。试以氯化铯(图 1) 、氯化钠(图 3) 、硫化锌(图 5)三种晶体为例,计算 r+ /r-,并总结晶体中离子半径比与配位数关系的规律。

1

2

3

4

5 6 7 8 (1)氯化铯从图 1 沿 AB 到 CD 作一切面,得图 2,设 AB=CD=a=2r; (2)氯化钠从图 3 取一个平面,得图 4,设 ab=bc=2(r++r-) ,ac=4r-; (3)硫化锌(闪锌矿)将硫化锌正方体分成八块小正方体,取左下角一块(见图 6) , 内含一个四面体(见图 7) ,将图 6 沿 QL 至 OP 作一切面,得图 8,设 OQ=LP=2r-; (4)指出晶体中离子半径比 r+/r-与配位数的关系,并加以说明。 lxxxiii.在离于晶体中,正、负离子间力求尽可能多的接触,以降低体系的能量,使 晶体稳定存在。因为负离子都比正离子的半径大,所以构成离子晶体时,正离子必按此要 求嵌在负离子所堆积的空隙中。在离子晶体中每个正(或负)离子所接触的负(或正)离 子总数,称为正(或负)离子的配位数。当正、负离子的电荷数相等时,这种配位数的多 少,显然只与正、负离子的半径比 r+/r-的大小直接相关。为了研究这种关系,可用小黑 点和小圆圈代表正离子和负离子(相当于把离子抽象为几何学中的点) ,在想像的空间格 子中标出它们的所在位置,从而画出某种型式的晶体结构中最基本的重复单位(称为“晶 胞”,如图 1(CsCl 型晶胞)和图 3(NaCl 型晶胞)所示;再从晶胞中切割出一些平面(切 ) 面) ,形象地画出正、负离子的接触切面图,如图 2(与图 1 对应)和图 4(与图 3 对应) 所示。

图1

图2

图3

图4

研究时需注意: 由于正离子嵌入负离子所堆积的空隙中时,有可他将负离子间的接触撑开,所以图 1 或图 2 中相等的 AB 和 CD 的最小极限值为 2r-;即 AB=CD≥2r-;图 4 中 ac 的最小极限 值为 4r-,即 ac≥4r-。 (1)试分别计算 NaCl 型和 CsCl 型离子晶体中的离子半径比 r+/r-的最小极限值。 (2)观察等断 CsCl 型和 NaCl 型离子晶体中异号离子间的配位数。简要说明 CsCl 晶体和 NaCl 晶体两者配位数差异的根本原因。 - - (3)已知 rK =1.33×10 10m,rBr =1.95×10 10m。通过计算分析,判断 KBr 晶体的 + - 结构型式, 以及该晶体中每个 K 被等于配位数的 Br 接触包围所形成的构型属于何种几何 体。 (4)若 ACl 和 BCl(A、B 均表示+1 价金属离子)的晶体结构与 NaCl 相同,且 rA >rNa 、rB <rNa ,试比较 ACl 和 BCl 两种离子晶体稳定性强弱,并说明原因。 (5)已知 NaCl 的摩尔质量为 58.5g/mol,密度为 22g/cm3,阿伏伽德罗常数为 6.02× - + 1023mol 1,则可算出 NaCl 晶体中两个距离最近的 Na 离子的核间距约为多少厘米? lxxxiv.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 1.49 g·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。 lxxxv.石墨晶体由层状石墨“分子”按 ABAB 方式堆积 而成,如右图所示,图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。 (1)该晶胞的碳原子个数 。 (2)写出晶胞内各碳的原子坐标。
+ - + + + +

(3)已知石墨的层间距为 334.8 pm,C-C 键长为 142 pm,计算石墨晶体的密度为 。 石墨可用作锂离子电池的负极材料,充电时发生下述反 + - + 应: 1-xC6+xLi +xe →LiC6 其结果是, 嵌入石墨的 A、 Li Li B 层间,导致石墨的层堆积方式发生改变,形成化学式为 LiC6 的嵌入化合物。 + (4)右图给出了一个 Li 沿 C 轴投影在 A 层上的位置,试 + 在右图上标出与该离子临近的其他 6 个 Li 的投影位置。 + (5)在 LiC6 中,Li 与相邻石墨六元环的作用力属何种键 型? + (6)某石墨嵌入化合物每个六元环都对应一个 Li ,写出它的化学式。 锂离子电池的正极材料为层状结构的 LiNiO2。 已知 LiNiO2 中 Li 和 Ni3 均处于氧离子 组成的正八面体体心位置,但处于不同层中。
+ +

(7)将化学计量的 NiO 和 LiOH 在空气中加热到 770℃可得 LiNiO2,试写出反应方 程式。 (8)写出 LiNiO2 正极的充电反应方程式。 (9) 锂离子完全脱嵌时 LiNiO2 的层状结构会变得不稳定, 用铝取代部分镍形成 LiNi1 -yAlyO2。可防止理离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用,为什么? lxxxvi.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、 分别由 20、 个水分子组成, B 24 请再确定构成 C、 E 笼形多面体的 H2O D、 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, 12〕的中心处在顶角和体心位置; 〔5 〔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 ③已知该晶胞参数 a=1180pm, 计算 1cm 甲烷水合 物晶体中可释放 CH4 的体积(标准状况下) 。 3 ④有的文献中报导开采 1m 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。 lxxxvii.1704 年,普鲁士染料厂的一位工人把牛血与碳酸钠在铁锅中一起煮沸,得到 + 了一种蓝色染料,称为普鲁土蓝,后来人们又发现了膝氏蓝。它们分别是鉴别 Fe2 和 Fe3 + 的特征反应的产物。这两种物质实际上具有相同的化学式和相同的晶体结构,它们的基

本结构特征是 Fe3 和 Fe2 离子分别占据立方体互不相邻的顶点, CN 离子位于立方体的 而 棱上。 + + (1)试写出上述鉴别 Fe3 和 Fe2 的离子反应方程式; (2)根据晶体结构特点,推出其化学式(用最简单整数表示); (3)此化学式带有何种电荷?用什么样的离子与其结合成电中性的化学式?写出此 电中性的化学式; (4)请指出第(3)题中所添加的离子在晶体结构中的什么位置上? + + - (5)试判断 Fe3 和 Fe2 离子分别与 CN 中的哪一种原子结合?试谈谈你的理由。







参考答案

i D ii C iii A、D iv D v C、D vi D vii B A viii D ix B x D xi D xii C xiii C xiv D xv C xvi C xvii C xviii B xix D xx B xxi D xxii B xxiii A xxiv A、B xxv C xxvi D xxvii A xxviii D xxix A xxx C xxxi A xxxii B、D xxxiii B xxxiv AC xxxv B xxxvi D xxxvii B xxxviii D xxxix B - xl 8.38×10 24cm3 11.1g/cm3 铁的试样中,铁原子之间有空隙 xli 12 60? 30 xlii CaTiO3 xliii(1)Ge Bi (2)2Bi2O3·3GeO2 (3)Bi2O3 + + - - xliv (1) 2O3+6H =2Al3 +3H2O Al2O3+2OH =2AlO2 +H2O (2) (3) 2O2 Al 2Na +2CO2=2Na2CO3+O2↑ (4)1 3 6
?2 ?3

xlv (1)70.0 (2) Ni 0.76 Ni 0.16O

xlvi B、C xlvii B、D xlviii C xlix Ti14C13 l 125 98 27 很活泼 吸收(各 1 分) li (1)Mg、O (2) (3)6︰1︰1 (4)高;Mg2 、O2 + - - 2+ 与对应的 Na 、F 微粒半径相差不大,但 Mg 、F 所带电荷数多,形成离子键较强, 故熔点较高 lii (1) 2O+CO2=Na2CO3 或 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑ (2) Na 分子、 非极性 (3) Mg(OH)2、NaOH (4)Na、Mg、C、O liii (1)原子 (2)Si3N4 (3)3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl liv (1)4、8、XY2(或 Y2X) (2)12 (3)109° 28’ (4) 3
+ -

2M / N A ?
-10

lv (1)0.92 (2)0.826 (3)Fe(Ⅱ)0.76Fe(Ⅲ)0.16O (4)正八面体 (5)3.03×10

lvi

lvii 2 2 2︰3︰1 2.24 + lviii (1)BaTiO3 (2)面心 (3)有 6 个 呈正八面体分布 (4)Ti4 的氧配位数为 + 2+ 4+ 2+ 2- 2- 6 Ba 的氧配位数为 12(与 Ti 、Ba 最近的 O 数) (5)O 的 Ti4 配位数为 2 + + + Ba2 配位数为 4 (6)Ti4 半径为 61.5pm Ba2 半径为 145pm (7)立方面心 (8) 3 5.91g/cm - + lix (1) 除假设 I 与 Li 是刚性球外, 还需要再假定两则性球间彼此相切 (2)+=0.088nm; r + - r-=0.214nm (3) +>0.060nm~0.068nm, r 说明将 Li 和 I 看成刚性球但实际不相切。 因为电子之间相互排斥,使两离子半径之和小于它们之间的理论距离。 lx 74.05% 250pm 52pm

lxi (1) (2)154.1pm (3)3.1.53g/cm3 (4) (4 个 N— H 键按四面体方向分布,分别指向立方体德各相交错的顶点,即 4 个 H 分别和 4 个不 - 相邻的 Cl 连接(异种电荷间的引力作用) ) lxii (1)从海底取出的甲烷水合物将融化并放出甲烷气体,因为该晶体是分子晶体,甲烷 分子和水分子都是由有限数目的原子以共价键结合的小分子,水分子和甲烷分子之间 范德华力,而水分子之间是范德华力和氢键。 (2)假设甲烷气体体积是折合成标准 状况下的数据,则 1m3 水合物中有甲烷 164m3÷22.4m3/kmol=7.32kmol;假设甲烷水 合物固体中的水的密度为 1g/cm3,则其中有水 1m3×1000kg/m3÷18 kg/mol= 55.56kmol;因此有:CH4︰H2O=7.32kmol︰55.6kmol=1︰7.6。甲烷水合物的组成可 能是 6CH4·46H2O

lxiii

(碳原子在小正方体不相邻的四个顶点上,硅原子在大正方体

3 的十二条棱的中点上) 2︰1 arcos (-1/3) 4 3 /3 15 3 /2NAa lxiv 3.54g/cm3 Φ lxv 用 Born-Haber 循环:LiH 的Δ fHm =S+1/2DH-H+ILi+(-EH)+(-ULi-H) LiF 的Δ Φ 除了 DH-H 与 DF-F 及-EH 与-EF 不同外, fHm =S+1/2DF-F+ILi+(-EF)+(-ULi-F) - + 其余各项都相同,-ULi-H 及-ULi-F 差无几。U∝Z Z /r2。 由于 DH-H>DF-F,-EH <-EF,所以生成热差别大。 lxvi 0.48 或者 0.49 lxvii (1)+3.65

(2)



(或





(3)Na0.7CoO2+0.35/2Br2=Na0.35CoO2+0.35NaBr(2 分,未配平不给分。 ) lxviii 钒酸钇的化学式:YVO4 计算过程:YVO4 的摩尔质量为 203.8g/mol;钒的质量分数为 50.9/203.8=025 合题意。 203.8/4.22=48.3cm3/mol 2 3 3 -30 -22 四方晶胞的体积 V=712 ×629×10 cm =3.18×10 cm 48.3/6.02×1023=8.02×10-23cm3 3.18X10-22/8.02×10-23=3.97≈4 一个晶胞中的原子数:4×6=24 + lxix (1)100% (2)一样 (3)六 50% (4)Ca2 (0,0,0) (1/2,1/2,0) (1/2, - 0,1/2) (0,1/2,1/2) F (1/4,1/4,1/4) (1/4,1/4,3/4) (1/4,3/4,1/4) (3/4, 1/4,1/4) (1/4,3/4,3/4) (3/4,1/3,3/4) (3/4,3/4,1/4) (3/4,3/4,3/4) lxx (1)sp3d2 杂化 八面体 (2)一个在体心,12 个在棱边中点,8 个在晶胞内的四面 体空隙(或答四个在八面体空隙,8 个在四面体空隙) (3)晶胞内含 4 个[Na3AlF6] 单元 Na3AIF6 摩尔质量为 210g/mol。设晶胞达长为 a,则 210 ? 4 ? 1 ? 2.95 a=
6.02 ? 10 23 a3

780pm Al—Al 最短距离未 551pm lxxi (1)分子晶体 离子晶体 (2)2︰1 (3)3 (4)0.505nm (5)1.92g/cm3

lxxii (1)

2 2 2 2 2 1/2 (2)最近距离(2dmin) =a +a dmin =2a /4 dmin=2 /2=1004pm dmin>700pm,说 明在 C60 晶体中,C60~C60 之间不接触,是分子晶体。

(3)距离为 1004-700=304pm (4)304pm≈335pm,石墨层间的作用力属于范德华力,是分子间力。C60~C60 间作 用力应为分子间力,由于 C60 的摩尔质量 C 的摩尔质量,故作用力大些,d<335pm。 (5)晶胞中存在四面体和八面体两种空隙,有 8 个四面体空隙,4 个八面体空隙。 (6)K3C60 晶胞中含有 4 个结构基元,因此有 12 个 K+,其中,8 个 K+处于 8 个四面 体空隙中,坐标位置为:l/4 l/4 l/4,l/4 l/4 3/4,l/4 3/4 l/4,3/4 1/4 1/4, 3/4 3/4 3/4 3/4,3/4 1/4 3/4,1/4 3/4 3/4,3/4 3/4 1/4,还有 4 个 K+处于 4 个八面体空隙中,坐标位置为:1/2 1/2 1/2,1/2 0 0,0 1/2 0,0 0 1/2。 3 3 (7) (1)C60:d=1.672g/cm (2)K3C60:d=1.928g/cm K3C60 的晶体密度比 C60 3 增大了 0.256g/cm lxxiii (1)原子 sp3 109°28’ 椅 (2) (空隙长度等于碳、硅原子直径和)

(3)

,一个碳原子周围是六个碳原子 1︰3︰2 空隙

相错

(4)12 2 6 d/3 硅
- (5) 晶胞质量为 4×(12.01+28.09)/NA g, 晶胞体积为[(1.17+0.77)×10 8×4/ 3 ]3cm3, 密度为 2.96 偏差:(2.96-3.217)/3.217=-7.94%(数据可以有偏离,但应给出负号) 密度偏小,说明实际晶胞体积比计算值小,即碳、硅原子间的距离应比两个半径小, 实际上碳、硅原子间有共价键作用,而不能假设成相切(是相交) 。 (6)38.3%~41.7%(利用原子体积与晶胞体积之比) ①求下限:同 5 中求密度的方 法,求得 38.3%; ②求上限:根据密度理论值求出晶胞体积,求得 41.7%

lxxiv MgB2



a=b≠c,c 轴向上

lxxv (1)①293K 时铁为体心立方(bcc)晶型,晶胞中铁原子数为 2;晶胞边长为 a,Fe 原子半径为 r, 则立方体的体对角线长为 4r。?bcc ?
nM / N A V胞

r=124.1pm ②1250K 下、

fcc,每个晶胞中 Fe 原子数为 4; ρ fcc=8.578 g/cm3 (2)①含 C 4.3%(质量)的马氏体α —铁中:C︰Fe(原子数)=1︰4.786 每个晶 3 胞中平均含碳原子数为 0.418 ②ρ (马氏体)=8.234 g/cm lxxvi 12, 2 d,钠 (2)57.5% (3)96 % (4)26% lxxvii (1)4 4 8 CuFeS2 (2)2 Cu2Fe2S4 (3)与 ZnS 晶胞相同(图略) (4) 立方体心 四面体 1/2 (5)4.31g/cm3 6+2,+2 lxxviii (1)由于金属原子的配位多面体是六角棱柱体,位于两层间的碱金属原于应分别 与上层和下层的 6 个碳原子接触,若假定纯石墨的层间距为碳原子半径的 2 倍,则金 属配合物中的金属原子会推压各层而远离开一定距离,这一距离很容易从简单的几何 图形估算。横断面穿过六边形的长对角线部分,是一个矩形



)金属原子的直径加上纯石墨中的层间距应该等于 。

这个矩形的对角线, 此矩形的两边分别为石墨六边形的对角线和 MC8 结构中的层间距。 0 2 2 1/2 例如对于钾的中性原子,则层间距为:dK =[(3.34+4.70) -2.82 ] =753pm。它是很 2 2 1/2 + 长的,而对于正离子,则层间距为:dK =[(3.34+2.66) -2.82 ] =530pm。它非常接 近实验值。因此,可得出结抡:碱金属在这种结构中是以正离子形式存在。对于其它 + + 金属离子什算的层间距值也与所给数据一致:dRb =563pm,dCs =608pm 2+ 2 2 1/2 (2)钡也以正离子形式存在,则层间距为:dBa =[(3.34+2.70) -2.82 ] =534pm (3) 由于分子式为 BaC8, 1 个 Ba 原子对应 8 个 C 原子, 1 个六梭往中含 2 个 C, 故 而 1/6×12=2,故 Ba 占据的六梭往数的百分比(占有率)为 2/8×100%=25% 即 (4)自由电子增多,导电性增加,属电子流动性的金属型导体。 lxxix (1)CaCu5 (2)Ca 18;Cu 4 配位 9 个,3 配位 6 个,平均 3.6 (3)6.45g/cm3 (4)Cu 126pm;Ca 168pm

lxxx (1)MnCl2(H2O)2·[(CH2)6N4]2

式量:442 (2)

(3)晶胞

中所含的结构基元是 MnCl2(H2O)2·[(CH2)6N4]2,结构基元数目是 4 个。 lxxxi (1)1︰1︰2 一个球参与四个空隙,一个空隙由四个球围成;一个球参与四个切 点,一个切点由二个球共用。 (2)图略,正八面体中心投影为平面◇空隙中心,正 四面体中心投影为平面切点 1︰1︰2 一个球参与六个正八面体空隙, 一个正八面体 空隙由四个球围成;一个球参与八个正四面体空隙,一个正四面体空隙由四个球围成。 (3)小球的配位数为 12 平面已配位 4 个,中心球周围的四个空隙上下各堆积 4 个, 共 12 个。 (4)74.05% 以 4 个相邻小球中心构成底面,空隙上小球的中心为上底 面的中心构成正四棱柱,设小球半径为 r,则正四棱柱边长为 2r,高为 2 r,共包括 1 个小球(4 个 1/4,1 个 1/2) ,空间利用率为

?2r ?2

4?r 3 / 3 2r

(5)正八面体空隙为 0.414r,

正四面体空隙为 0.225r。 (6) 8.91g/cm3 根据第 (4) 正四棱柱质量为 58.70/NAg, 题, - - 体积为 1.094×10 23cm3。 (7)H 填充在正四面体空隙,占有率为 50% 正四面体 为 4 配位,正八面体为 6 配位,且正四面体空隙数为小球数的 2 倍。 (8)Ax 就是 A1,取一个中心小球周围的 4 个小球的中心为顶点构成正方形,然后上面再取两层, 就是顶点面心的堆积形式。底面一层和第三层中心小球是面心,周围四小球是顶点, 第二层四小球 (四个空隙上) 是侧面心。 也可以以相邻四小球为正方形边的中点 (顶 点为正八面体空隙) 再取两层, , 构成与上面同样大小的正方体, 小球位于体心和棱心, 实际上与顶点面心差 1/2 单位。 lxxxii (1)0.732 (2)0.414 (3)0.225 (4)上述计算结果是在假设同性电荷离子 仅靠情况下得出的,因此这个比值都是下限。要使晶体稳定,必然要考虑同性电荷离

子的斥力平衡。 CsCl 所设 a 必然是大于 2r-,所以离子半径比与配位数的规律如下: 如 r+/r-=0.225~0.414 间,配位数为 4;在 0.414~0.732 间,配位数为 6;在 0.732 以上, 配位数为 8;大于某数以上,配位数还可增大。 + + lxxxiii (1) NaCl 型离子晶体 0.414; CsCl 型离子晶体 0.732 (2) 的半径大于 Na (3) Cs -8 八面体的构型 (4)ACl>BCl (5)4.0×10 cm

lxxxiv (1)

氧原子坐标: (0,0,0)(1/2,1/2,1/2) 分) 、 (1

(2)ρ =

2 ? 18 .02 6.023 ? 10 23

?295 ? 2 3 ? ? 10
3

? 30

=1.51g/cm (冰–Ⅶ是密度最大的一种,密度与 1.49 的差

3

异在于晶体理想化处理的必然: 由键长计算金刚石和石墨的密度都有这样的微小误差) lxxxv (1)4 个 (2) (0,0,0)(0,0,1/2)(1/3,2/3,0)(2/3,1/3,1/2) , , , -3 (3)2.27 g·cm

(4)

(5)离子键或静电作用 (6)LiC2 (7)4NiO+4LiOH+O2=4LiNiO2+2H2O + - (8)LiNiO2=Li1-xNiO2+xLi +xe (9)Al 无变价,因此与之对应的 Li+不能脱嵌。 lxxxvi (1)①C 28;D 30;E 24 ②正八面体削去六个顶点。 ③512620 ④34610、3886、 3995、311133、41084、412122、51371 (2)①(0,1/4,1/2)(0,3/4,1/2)(1/2,0,1/4)(1/2,0,3/4) ②8CH4·46H2O 、 、 、 (n=8) ③按晶体的理想组成和晶胞参数,可算得晶胞体积 V 和晶胞中包含 CH4 的 3 3 3 3 27 3 物质的量 n(CH4) :V=a =(1180pm) =1.64×10 pm =1.64×10- m n(CH4)=
8 3 -23 =1.33×10 mol 1cm 甲烷水合物晶体中含 CH4 的物质的量为:n= 6.02 ? 10 23 mol ?1 1m 3 3 -23 ×1.33×10 mol=8.11×10 mol 它相当于标准状态下的甲烷气体 V= 1.64 ? 10 ? 27 m 3

8.11×103×22.4m3=182m3 ④文献报导值比实际值小, 说明甲烷分子在笼形多面体中 并未完全充满, 即由于它的晶体中 CH4 没有达到理想的全充满的结构。 (实际上甲烷水 12 合物晶体结构形成时,并不要求〔5 〕全部都充满 CH4 分子,它的实际组成往往介于

6CH4·46H2O 和 8CH4·46H2O 之间。 ) + - + - lxxxvii (1)4Fe3 +3Fe(CN)32 =Fe[Fe(CN)6]↓ 普鲁士蓝 3Fe2 +2Fe(CN)63 = - 3+ 2- 2+ 3- Fe3[Fe(CN)6]2 藤氏蓝 或 Fe +Fe(CN)3 =FeFe(CN)6 Fe +Fe(CN)6 = - FeFe(CN)6 - (2)FeFe(CN)6 + + + (Ⅰ) - (3)带一个单位负电荷,可以用 Na 、K 、Rb 等离子与之结合,M FeFe(CN)6 + (4)M 在每隔一个立方体的立方体体心上 + + + (5)Fe2 离子与 C 原子结合,Fe3 离子与 N 原子结合,根据软硬酸碱理论,Fe3 的酸 + 性硬度大于 Fe2 ,N 原子的碱性硬度大于 C 原子,所以有上述方式的连结。


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