中学化学竞赛试题-晶体结构.pdf

1中学化学竞赛试题资源库晶体结构A 组组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 K2O2ii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 HCliv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2A 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xivA、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 21 B 11 C 12 D 13xviii下列微粒的个数不是 11 的是A 氘（21H）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：CaCl2属于离子晶体 SiCl4是分子晶体 1500时，NaCl 可形成气态分子 MgCl2水溶液不能导电NaClMgCl2CaCl2SiCl4熔点（）80171278268沸点（）14651418160057与表中数据一致的说法有A 仅 B 仅 C 和 D 、和xx已知下列晶体的熔点：NaCl801 AlF31291 AlCl3190 BCl3107 Al2O32045 CO256.6 SiO21723 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xxiSiCl4的分子结构与 CCl4类似，对其作出如下推断：SiCl4晶体是分子晶体；常温常压下 SiCl4是液体；SiCl4的分子是由极性键形成的分子；SiCl4熔点高于CCl4。其中正确的是A 只有 B 只有 C 只有 D 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3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，Cl位于 8 个顶角，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 3.0108cm B 3.5108cmC 4.0108cm D 5.0108cmxxvi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 CC 化学键数的比是A 23 B 13 C 11 D 12xxviii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 1107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2xxx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 861 B 111 C 131 D 231xxxi某离子晶体的晶胞结构如下图所示：4则该离子晶体的化学式为A abc B abc3 C ab2c3 D ab3cxxxii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 YX2xxxiii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 A2B2Cxxxiv1999 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 CO 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 ClD 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xxxviia 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）aH2O电解H2bc （2）H2cd（气） （3）bcaeH2O则 a、e、f 依次是5A NaCl NaClO HCl B CaCl2 Ca(ClO)2 HclOC Na2S Na2SO3 H2SO3 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 CH414H2O B CH48H2O C CH4(23/3)H2O D CH46H2Oxl铁原子半径为 1.26108cm，质量为 55.8(1.671024g)，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 BB 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： 。xliiiBGO 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：在 BGO 中，锗处于最高价态，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，BGO 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 。xlivA、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6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 11 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，1 个位于体心，另 8 个位于大正方体被等分为 8 个小正方体后的体心） ；阴离子 DBnmx（表示）位于该正方体的顶点和面心。则：x 、m 、n 。xlvNiO 晶体在氧气中加热，部分2Ni被氧化为3Ni而成为 NixO（X1） 。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 0.4157107cm。（1）求 NixO 的相对分子质量；（2）已知 Ni 原子的相对原子质量为 58.70，当 NixO 以2Niy3NizO 表示时，求 y、z的值。B 组组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 ClD 干冰晶体中，每个 CO2分子周围紧邻 10 个 CO2分子xlviii2001 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 Mg3B2xlix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，7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。liA、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 。liiW、X、Y、Z 四种短周期元素的原子序数 XWZY。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 511。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；8（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 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。lvFexO 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 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4.281010m（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、Fe3，在 Fe2和 Fe3的总数中，Fe2所占分数为_（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 CC 键长为 142pm，层间距离为 340pm（1pm1012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 ABCDEFA1B2C3D4E5F6）含碳原子数 个。（2）在片层结构中，碳原子数、CC 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ABCDEFA1B2C3D4E5F6） ，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 a403.1pm，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？ ；9（3）在该物质的晶体中，每个 Ti4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 ；（5）说明 O2的氧配位情况 ；（6）已知 O2半径为 140pm，计算 Ti4半径和 Ba2半径 ；（7）Y2和 O2联合组成哪种类型的堆积？ ；（8）计算该晶体密度。lix已知 LiI 的晶体与 NaCl 晶体结构相同。实验测得 Li十与 I之间最近的距离是0.302nm。假定 Li和 Li十都是刚性球。（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 0.060nm0.068nm，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？lxiNH4Cl 为 CsCl 型结构，晶胞中包含 1 个 NH+和 1 个 Cl，晶胞参数 a387pm。（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 组组lxiiiSiC 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_；SiCSi 的键角为_（用反三角函数表示） ；若 SiC 键长为 a cm，则大正方体边长为_cm；SiC晶体的密度为_g/cm3。 （NA为阿佛加德罗常数，相对原子质量 C.12 Si.28）10lxiv已知金刚石中 CC 键长为 1.541010m，那么金刚石的密度为 。 lxv LiH 及 LiF 晶体中 r（H）140pm，r（F）133pm，熔点分别为：LiH 为680，LiF 为 850，较为接近，然而生成热差别大，fHm（LiH）90kJmol1及 fHm（LiF）612kJmol1。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 a3.801010m，用比重瓶法测得它的密度为 d7.36g/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 L6.0221023mol1。求这种固体的组成中的 x 值（2 位有效数字） ，给出计算过程。lxvii2003 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体在 5K 下呈现超导性。据报道，该晶体的化学式为Na0.35CoO21.3H2O，具有CoO2H2ONaH2OCoO2H2ONaH2O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，CoO 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） 。钒酸钇是四方晶体，晶胞参数 a712pm，c629pm，密度 d4.22g/cm3，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：lxixCaF2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？ （3）Ca2占据 F形成的 面体空隙中（四、六、八） ，其占有率是 。（4）若 Ca2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，AlF 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。11（3）计算冰晶石晶体中 AlAl 最短距离。lxxiC60分子本身是不导电的绝缘体，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 a1420pm。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 a1424pm。阿伏加德罗常数为 6.021023mol1，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？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：碳原子半径为 7.71011m，硅原子半径为1.171010m，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12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） 。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 铁的晶型存在。从 1185K 到 1667K，铁的晶体结构为面心立方（fcc）的 铁。超过 1667K直到熔点，铁转化为一种与 一铁的结构相似的体心立方（bcc）结构，称为 一铁。（1）已知纯铁的密度为 7.874g/cm3（293K）：计算铁的原子半径（以 cm 表示） ；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 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 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：计算含碳量（质量）为 4.3的马氏体中 一铁的每个晶胞中碳原子的平均数；计算马氏体的密度（以 g/cm3表示）摩尔质量和常数；MFe55. 85 g/mol MC12 g/mol NA6.022141023 mol1lxxvi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abc，c 轴向上13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：Cu 63.5 Fe 55.84 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。碱金属原子半径（pm）M离子半径（pm）钾235133铷248148铯268169（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14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） 。lxxixCaCux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 CuCu 之间由实线相连；b 是完全由 Cu 原子组成的层，CuCu 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 CaCu 为 294pm；相邻两层的 CaCu 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。 a b c Ca Culxxx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a11.81010m，b22.01010m，c7.211010m，该晶体的密度为1.57103kg/m3，另外根据元素分析知道：元素MnClCNOH质量百分数（%）12.416.132.625.47.26.3（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 15（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 rr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rr，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 ABCDa2r；（2）氯化钠从图 3 取一个平面，得图 4，设 abbc2（rr） ，ac4r；（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 OQLP2r；（4）指出晶体中离子半径比 rr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