典型的晶体结构(共9页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上典型的晶体结构1.铁铁原子可形成两种体心立方晶胞晶体：910以下为Fe，高于1400时为Fe。在这两种温度之间可形成面心立方晶。这三种晶体相中，只有Fe能溶解少许C。问：1体心立方晶胞中的面的中心上的空隙是什么对称？如果外来粒子占用这个空隙，则外来粒子与宿主离子最大可能的半径比是多少？2在体心立方晶胞中，如果某空隙的坐标为（0，a/2，a/4），它的对称性如何？占据该空隙的外来粒子与宿主离子的最大半径比为多少？3假设在转化温度之下，这Fe和F两种晶型的最相邻原子的距离是相等的，求铁与铁在转化温度下的密度比。4为什么只有Fe才能溶解少许的C？在体心立方晶胞中，处于中心的

2、原子与处于角上的原子是相接触的，角上的原子相互之间不接触。a(4/)r。 1两个立方晶胞中心相距为a，也等于2r2rh如图，这里rh是空隙“X”的半径，a2r2rh(4/)r rh/r0.115（2分）面对角线（a）比体心之间的距离要长，因此该空隙形状是一个缩短的八面体，称扭曲八面体。（1分）2已知体心上的两个原子（A和B）以及连接两个晶体底面的两个角上原子图中C和D。连接顶部原子的线的中心到连接底部原子的线的中心的距离为a/2；在顶部原子下面的底部原子构成晶胞的一半。空隙“h”位于连线的一半处，这也是由对称性所要求的。所以我们要考虑的直角三角形一个边长为a/2，另一边长为a/4图，所以斜边为

3、a。（1分）rrhar rh/r0.291（2分）3密度比431.09（2分）4C原子体积较大，不能填充在体心立方的任何空隙中，但可能填充在面心立方结构的八面体空隙中（rh/r0.414）。（2分）2.四氧化三铁科学研究表明，Fe3O4是由Fe2、Fe3、O2通过离子键而组成的复杂离子晶体。O2的重复排列方式如图b所示，该排列方式中存在着两种类型的由O2围成的空隙，如1、3、6、7的O2围成的空隙和3、6、7、8、9、12的O2围成的空隙，前者为正四面体空隙，后者为正八面体空隙，Fe3O4中有一半的Fe3填充在正四面体空隙中，另一半Fe3和Fe2填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中正四面体

4、空隙数与O2数之比为 2：1，其中有12.5%正四面体空隙填有Fe3，有 50%正八面体空隙没有被填充。Fe3O4中三价铁离子：亚铁离子：O原子=2：1：4 晶胞拥有8个正四面体空隙，4个O2离子；所以2：1一半三价铁离子放入正四面体空隙，即一个三价铁离子，所以为1/8=12.5%晶胞实际拥有4个正八面体空隙，其中已经有一个放Fe3+，另外一个Fe2+占据一个正八面体空隙，所以50%的正八面体空隙没有被填充。铁的原子核是最稳定的原子核组态，所以在可以孕育生命的大红星中，累积很多，这导致铁在宇宙的含量很多，地球也含有很多铁。1在制作青灰瓷中，Fe2O3 被部分还原，产生Fe3O4和FeO的混合物

5、，这些不同氧化铁化合物的存在，造成了青灰瓷的特殊色彩。磁石（Fe3O4）是含Fe2+与Fe3+离子的氧化物，通式为AB2O4。其中氧离子（O2）形成面心立方，下图中灰色球是所有氧离子所形成的面心立方结构。黑色球仅代表一个正四面体的中心位置，白色球仅代表一个正八面体的中心位置。在一个AB2O4 的单位晶格中，共有几个正八面体的中心位置（当中心和别的单位晶格共享时，要以比例计算）2AB2O4可形成正旋转和反旋转的结构，在正旋转中，两个B（三价离子）都在正八面体中心，而A（二价离子)在一个正四面体的中心。在反旋转中，A在正八面体中心，B只有一个可在正八面体中心，另一个必须填到正四面体中心。在Fe3O

6、4中，有多少正四面体中心被Fe2+或Fe3+填入？用百分比表示。14（1(1/4)12）312.5%3.金刚石立方金刚石为一面心立方点阵，参数a=3.566881018 cm ,结构中每个碳原子均按四面体方向和四个碳原子以共价键连接，CC键长为1.5441018 cm六方金刚石（可由石墨加热加压制得）a=2.1581018 cm, c=4.121018 cm4.二氧化硅5.硫化锌 ZnS的晶体结构有两种型式：立方ZnS型和六方ZnS型。这两种型式的化学键的性质相同，锌原子和硫原子的配位情况也相同。但是在堆积上有一定差异，立方ZnS结构中，半径大的S原子作立方最密堆积，半径小的Zn原子填充在一半

7、的四面体空隙中，成为立方面心点阵；六方ZnS结构中，半径大的S原子作六方最密堆积，半径小的Zn原子填充在一半的四面体空隙中，成为六方点阵。它们的结构图如图所示6.金红石TiO2（1）四方晶系，体心四方晶胞。（2）Z=2（3）O2-近似堆积成六方密堆积结构，Ti4+填入一半的八面体空隙，每个O2-附近有3个近似于正三角形的Ti4+配位。（4）配位数6：3。四方晶系，Ti4+ 处于配位数为6的八面体中。而O2- 周围有三个近于正三角形配位的Ti4+，每个TiO6八面体和相邻两个八面体共边连接成长链，链和链沿垂直方向共用顶点连成三维骨架。1.在自然界中TiO2有金红石、板钛矿、锐钛矿三种晶型，其中金

8、红石的晶胞如右图所示，其中Ti4+的配位数为6。7.CaF2型（萤石）属立方晶系，面心立方晶胞。Ca2+、F-的配位数分别为8、4。Ca2+离子立方最密堆积，组成正常的面心立方晶格。F-填充在全部的四面体空隙中（100%）。F-占据立方体内部的八个匀称位置，每个位置相当于立体对角线的1/4或3/4附近。CaF2也可看成F离子简单立方堆积,Ca2+离子占有一半立方体空隙9. 反莹石结构（1）Be2C为反莹石结构。其中C4作面心立方堆积，Be2填入全部的四面体空隙或Be2做简单立方堆积,C4交替的填入立方体空隙。（大球表示C4 小球表示Be2）（2）Na2O晶体具有反萤石结构。其中O2和Na分别相

9、当于CaF2中的Ca2 和F。它属于面心立方晶格。其中O2离子的配位数是8，Na离子的配位数是4。在一个Na2O晶胞中有8个Na和4个O2 离子。如果把O2 离子看成在空间呈球密堆积结构，则Na离子占有了全部四面体空隙位置。 8.碘下图是碘晶体的晶体结构。碘属于正交晶系，晶胞参数如右：a713.6pm；b468.6pm；c978.4pm；碘原子1的坐标参数为（0，0.15434，0.11741）（1）碘晶体的一个晶胞里含有_个碘分子；（2）请写出碘原子2、3、7的坐标参数；（3）碘原子共价单键半径r1为 pm；（4）在晶体中，I2分子在垂直于x轴的平面堆积呈层型结构，层内分子间的最短接触距离d

10、1为 ；层间分子间的最短距离d2 ；已知I原子的范德华半径r2可由几个数值相近的分子间接触距离平均求得，其值为218pm。比较层内分子间的接触距离d1和范德华半径r2大小，你能得出什么结论？（5）I2分子呈哑铃形，如图。利用下图求I2分子共价单键键长d3 ；（6）碘晶体的密度为 ；（1）4（2分）（2）2（0，0.84566，0.88259）；3（0，0.34566，0.61741）；4（0，0.65434，0.38259）；7（1/2，0.65434，0.11741）（2分）（3）r1136pm（1分）（4）d1349.6pm；d2426.9pm；层内分子间的接触距离小于I原子范德华半径之和

11、，说明层内分子间有一定作用力这种键长介于共价单键键长和范德华距离之间的分子间作用力，对碘晶体性质具有很大影响，例如碘晶体具有金属光泽、导电性能各向异性，平行于层的方向比垂直于层的方向高得多。（2分）（5）708436272pm（1分） （6）5.16gcm3（2分）右图是碘晶体的晶胞沿x轴的投影。碘属于正交晶系，晶胞参数：a713.6pm；b468.6pm；c978.4pm；碘原子1的坐标参数为（0，0.15434，0.11741）。1碘晶体的一个晶胞里含有的碘分子数；2请写出晶胞内所有碘原子的坐标参数；3计算碘晶体的密度；4碘原子共价单键半径r1；5在晶体中，I2分子在垂直于x轴的平面堆积呈

12、层型结构，计算：层内分子间的最短接触距离d1；层间分子间的最短距离d2；已知I原子的范德华半径r2可由几个数值相近的分子间接触距离平均求得，其值为218pm。比较层内分子间的接触距离d1和范德华半径r2大小，你能得出什么结论？6I2分子呈哑铃形，画出其结构，并标出主要参数。14（1.5分）21 (0，0.15434，0.11741)，2 (0，0.84566，0.88259)，3 (0，0.34566，0.61741)，4 (0，0.65434，0.38259)，5 (1/2，0.15434，0.38259)，6 (1/2，0.84566，0.61741)，7 (1/2，0.65434，0.1

13、1741)，8 (1/2，0.34566，0.88259)。（2分）35.16gcm3（2分）4r1136pm（1分）5d1349.6pm；d2426.9pm；（各1分）层内分子间的接触距离小于I原子范德华半径之和，说明层内分子间有一定作用力。这种键长介于共价单键键长和范德华距离之间的分子间作用力，对碘晶体性质具有很大影响，例如碘晶体具有金属光泽、导电性能各向异性，平行于层的方向比垂直于层的方向高得多。（2分）6（1.5分）9.TiCl3TiCl3是工业上重要的催化剂，例如在著名的烯烃定向聚合的齐格勒-纳塔催化剂中就有TiCl3成分，TiCl3有许多种晶型（有、等多种晶型）。1、下图是TiCl

14、3晶体沿c轴的投影图（大球代表氯离子，小球代表钛离子）：在该晶体中氯离子采取_ _（选填“ABC”或“AB”）堆积；钛离子填充_ _（选填“四面体”或“八面体”）空隙；钛离子的填充率是_。1. AB ，八面体， 33.3%2、下图为TiCl3、TiCl3晶体的堆积模型图（大球代表氯离子，小球代表钛离子）：请还原一个TiCl3、TiCl3的层内结构图，并验证层内Ti离子与Cl离子的个数比：如上图在每个单位内：氯离子的个数： ， 钛离子的个数：2个Ti离子：Cl离子=1：3（2分）3、请回答TiCl3，TiCl3晶胞参数与TiCl3的晶胞参数的倍数关系。TiCl3、TiCl3层堆积的周期是TiCl

15、3 周期的3倍，所以晶胞参数也是3倍关系(3)已知离子半径的数据:r(Ti3)=77pm, r(Cl)=181pm;在TiCl3晶体中,Cl取六方密堆积的排列, Ti3则是填隙离子.请回答以下问题: Ti3离子填入由Cl离子围起的哪种多面体的空隙?它占据该空隙的百分数为多少?它填入空隙 的可能方式有几种?r(Ti3)/ r(Cl)=77/181=0.4250.414,故Ti3离子填入八面体空隙.六方晶胞中,Cl离子数:121/6(体心)+21/2(底心)+3(体内)=6 ,结合TiCl3的组成知每个六方晶胞中有2 个Ti3,故八面体占有率为1/3. Ti3+离子填入空隙的可能方式有3种，从第1

16、4题(2)中可知，由三个不同取向晶胞拼成的图形中有六个正八面体空隙()，构成了三角棱柱，这六个正八面体空隙中要排两个Ti3+离子（31），显然有三种： 一些金属间化合物结构可看作由CsCl结构堆叠而成，例如Cr2Al。试分别以Cr原子和Al原子为顶点，画出两种晶胞，写出晶胞中原子的分数坐标。/323（1） /2 （2）结构 Al(0，0，0),(1/2,1/2,1/2), Cr(0,0,1/3),(0,0,2/3),(1/2,1/2,1/6),(1/2,1/2,5/6)Al(0，0，1/3),(1/2,1/2,5/6),Cr(0,0,0),(1/2,1/2,1/1),(1/2,1/2,1/6),(0,0,2/3)专心-专注-专业