中学化学竞赛试题-离子晶体.pdf

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1、1中学化学竞赛试题资源库离子晶体A 组组1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 K2O22下列化合物中，熔点最高的是A KF B MgO C CaO D NaCl 3下列关于晶体的说法正确的是A 构成分子晶体的微粒之间可能含有离子键B 构成原子晶体的物质一定是单质C 离子晶体发生状态变化时，需要克服离子键D 碘晶体升华时，分子中共价键发生断裂4下列关于晶体的说法正确的是A 离子晶体中一定不含共价键B 金属晶体的熔点一定比原子晶体低、一定比分子晶体高C CaF2晶体中与一个 Ca2距离最近且距离相等 F的有 4 个D SiO2晶体中每个 Si 原子与四个

2、 O 原子以单键相结合5下列关于晶体的说法一定正确的是A 分子晶体中都存在共价键B CaTiO3晶体中每个 Ti4与 12 个 O2相紧邻C SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合D 金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高6自然界中的 CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列实验一定能说明 CaF2是离子晶体的是A CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱B CaF2的熔、沸点较高，硬度较大C CaF2固体不导电，但在熔化状态下可以导电D CaF2在有机溶剂（如苯）中的溶解度极小7钡在氧气中燃烧时的得到一种钡的氧化物晶体，其结构如右图所示，有关说法正确的是A 该晶

3、体属于离子晶体B 晶体的化学式为 Ba2O2C 该晶体晶胞结构与 CsCl 相似D 与每个 Ba2距离相等且最近的 Ba2共有 8 个8下面图像是从 NaCl 或 CsCl 晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断属于NaCl 晶体结构的是 Ba2+2 A 图和图 B 图和图 C 只有图 D 图和图9北京大学和中国科学院的化学工作者合作，已成功研制出碱金属与 C60形成的球碳盐 K3C60。实验测知该物质属于离子晶体，具有良好的超导性。下列关于 K3C60的组成和结构的分析中正确的是A K3C60中既有离子键，又有极性键B 1mol K3C60中含有的离子数目为 636.021023C 该晶体

4、在熔融状态下能导电D 该物质的化学式可写为 KC2010钡在氧气中燃烧时的得到一种钡的氧化物晶体，起结构如下图所示，有关说法正确的是A 该晶体属于离子晶体B 晶体的化学式为 Ba2O2C 该晶体晶胞结构与 CsCl 相似D 与每个 Ba2距离相等且最近的 Ba2共有 12 个11非整数比化合物 Fe0.95O 具有 NaCl 型晶体结构，由于 n（Fe）n（O）11，所以晶体存在缺陷。Fe0.95O 可表示为A Fe245. 0Fe35 . 0O B Fe285. 0Fe310. 0O C Fe215. 0Fe38 . 0O D Fe22Fe3O12由钾和氧组成的某种离子晶体中含钾的质量分数为

5、 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 1313右图是氯化钠晶体的结构示意图，其中，与每个 Na距离最近且等距离的几个 Cl所围成的空间的构形为A 正四面体形 B 正六面体形C 正八面体形 D 三角锥形14下面图像是从 NaCl 或 CsCl 晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断属于 NaCl 晶体结构的是 A 和 B 和 C 和 D 只有15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

6、4 个316冰晶石（化学式为 Na3AlF6）的结构单元如右图所示，已知冰晶石熔融时电离方程式为：Na3AlF63Na+AlF63。位于大立方体顶点和面心，位于大立方体的 12 条棱的中点和 8 个小立方体的体心，那么大立方体的体心处所代表的微粒是A Na B Al3 C F D AlF617分析化学中常用 X 射线研究晶体结构，有一种蓝色晶体可表示为：MxFey(CN)z，研究表明它的结构特性是：Fe2和 Fe3分别占据立方体的顶点，自身互不相邻，而 CN位于立方体的棱上。其晶体中的阴离子晶胞结构如图示，下列说法不正确的是A 该晶体是离子晶体B M 的离子位于上述晶胞面心，呈2 价C M 的

7、离子位于上述晶胞体心，呈1 价，且 M空缺率为50%（体心中没有 M占总体心的百分比）D 晶体的化学式可表示为 M1Fe2(CN)6，且 M 为1 价18某蓝色晶体化学式可表示为：MxFey(CN)z。用 X 射线研究其结构特征如右图所示：Fe2和 Fe3分别占据立方体的顶点且互不相邻，而 CN 位于立方体的棱上。则下列说法正确的是A 该晶体是共价化合物B 该晶体的化学式可表示为 MxFe2(CN)6C 该晶体中既有离子键、又有极性共价键D M 的离子位于上述晶胞体心，呈2 价19某离子晶体中晶体结构最小的重复单元如图：A 为阴离子，在正方体内，B 为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式

8、为A B2A B BA2 C B7A4 D B4A720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 ab3c21如图所示是氯化铯晶体的晶胞（晶体中最小的重复结构单元），已知晶体中 2 个最近的 Cs离子核间距为 a cm，氯化铯（CsCl）的相对分子质量为 M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为A 38aNMAg/cm3 B ANMa83g/cm3Fe3+Fe2+Fe3+Fe3+Fe2+Fe3+Fe2+NCNCNCNCFe2+4C 3aNMAg/cm3 D ANMa3g/cm322食盐晶体是由钠离子和氯离子组成，这两种离子在空间按

9、 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 5.0108cm23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： 。24已知有关物质的熔、沸点如下：MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔点 ()28522072714190(259KPa)沸点 ()360029801412182.7请参考上述数据回答：（1）工业上常用电解熔融 MgCl2的方法生产镁，电

10、解 Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。为什么不用电解 MgO 的方法生产镁；也不用电解 AlCl3的方法生产铝？（2）设计可靠实验证明：MgCl2、AlCl3所属的晶体类型，其实验方法是 25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 g/cm3，阿

11、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。26NiO 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、z5的值。B 组组27Na2O2、CaC2、CaH2、FeS2均为离子化合物，前三种物质极易与水反应下列有关叙述中正确的

12、是A CaC2与水反应属于氧化还原反应B CaH2在水中以 Ca2和 H离子形式存在C 四种化合物晶体类型和化学键类型均相同D FeS2阴离子电子式为228为了确定 SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物，可以进行下列实验。其中合理、可靠的是A 观察常温下的状态。SbCl5是苍黄色液体，SnCl4为无色液体。结论：SbCl5和SnCl4都是离子化合物B 测定 SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为 73.5、2.8 、33。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物C 将 SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中，滴入 HNO3酸化的 AgNO3溶液，产生

13、白色沉淀。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物D 测定 SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液，发现它们都可以导电。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物29A、B、C、D 是短周期元素，它们原子的质子数依次增大，A、C、D 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；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

14、 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的值分别为A 1、2、3 B1、3、6 C 1、3、4 D 1、2、530高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价部分为 0 价，部分为2 价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞（晶体中最小的重复单元） 。则下列说法正确的是A 超氧化钾的化学式为 KO2，每晶胞含有 4 个 K和 4 个O2B 晶体中每个 K周围有 8 个 O2，每个 O2周围有 8 个 KC 晶体中与每个 K距离最近的 K有 8 个D 晶体中，0 价氧原子与2 价氧原子的数目比为 3131有一立方晶系

15、AB 型离子化合物，A 的离子半径为 61pm，B 的离子半径为220pm，则 B 离子的堆积方式为 ，A 离子占有 B 离子围成的 空隙中，该类空隙占有率为 %，该晶体属于 型。632从 NaCl 晶体中可以抽取出不同形状的晶体小碎片，这些晶体小碎片可以称为NaCl 离子团簇。离子晶体或离子团簇表面存在悬挂键（即表面的离子有一种没有抓住相邻原子的化学键） 。右图是立方体形状的 NaCl 离子团簇，其中大球代表 Cl，小球表代Na+。请回答下列问题：（1）与等质量的 NaCl 离子晶体相比，NaCl 离子团簇具有 （填“较多”或“较少” ）的悬挂键；（2）NaCl 离子团簇的熔点比 NaCl

16、大块晶体的熔点要 （填“高” 、 “低”或“样” ） ；（3）团簇中离子对数相同，则团簇的总能量与团簇的外形是否有关 。33某一固体结构中，W 原子位于立方晶胞的角上，O 原子在立方晶胞边上，Na 原子在立方晶胞中心处，此化合物代表何种晶型？它的分子式是什么？34已知 NaCl 相邻离子的核间距为 0.282nm，固体 NaCl 的密度为 2.17g/cm3，求Avogadro 常量。35计算下列每个晶胞中的实验式单元数目：粗岩盐型晶胞中的 MgO；闪锌矿结构中的 ZnS；面心立方晶胞中的 Pt。36NH4ClO4和 HClO4H2O 的晶体具有相同的正交结构，单胞的体积分别为3953和 37

17、03。试对这两种晶体在结构和体积上的相似性进行解释。37固体原料混合物以固态形式直接反应是制备固体粉末最为广泛应用的方法。由于固体中原子或离子扩散较慢，固态反应常在高温下才能发生。如图（a）所示，MgO 和 Al2O3两种晶体开始反应时相互紧密接触，共享个公用面，加热后在接触面上局部反应生成一层MgAl2O4，如图（b）所示。在极高温度时，离子具有足够的热能，能从正常格位上跳出并通过晶体扩散。为使反应进一步进行和产物 MgAl2O4层的厚度增加，Mg2和 Al3离子必须通过已存在的 MgAl2O4产物层发生相互扩散到达新的反应界面。在此阶段有 MgO 和 MgAl2O4之间以及 MgAl2O4

18、和 A12O3之间两个反应界面。（1）分别写出界面 MgO/MgAl2O4和界面 MgAl2O4/Al2O3上发生反应的反应方程式；（2）左右界面的生长或移动速度之比为 。38HgCl2和氨的反应可以得到三种含汞的化合物 A、B 和C。它们的相对含量因氨水和 NH4Cl 的浓度不同而异。（1）A 的晶体中，Cl组成简单立方堆积，汞氨配离子统计性的占据面心位置，画出 A 的晶胞。CaF2晶体结构模型Ca2F7（2）化合物 B 的晶胞中存在着HgNH2Hg锯齿型链和链间的 Cl。写出 B的化学式。（3）化合物 C 化学式为 Hg2NClH2O，其中 Hg2N网络结构与方石英类似。Cl和 H2O 分

19、子通过离子键、氢键吸引在网络结构中。画出 C 晶胞中 Hg、N 的分布。（4）A 和 B 都是白色沉淀，何者为可溶性，何者为不溶性的？（5）写出生成 A、B 和 C 的化学反应方程式。391mol 气态钠离子和 1mol 气态氯离子结合生成 1mol 氯化钠晶体所释放出的热能为氯化钠晶体的晶格能。（1）下列热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶体晶格能的是 。ANa（g）Cl（g）NaCl（s） HBNa（s）1/2Cl2（g）NaCl（s） H1CNa（s）Na（g） H2DNa（g）eNa（g） H3E1/2Cl2（g）Cl（g） H4FCl（g）eCl（g） H5（2）写出 H1与 H2、

20、H3、H4、H5之间的关系式 。氧化亚铁晶体结构跟氯化钠晶体结构相似，则：（3）氧化亚铁晶体中，跟二价铁离子紧邻且等距的氧离子个数是 。（4）设问伏加德罗常数值为 NA，若氧化亚铁的密度为 g/cm3，则氧化亚铁晶体中二价铁离子与氧离子之间最近距离是 cm（用代数式表示） 。（5）若氧化亚铁晶体中有 3n 个二价铁离子被 2n 个三价铁离子所替代，该晶体中氧离子的数目将 （填“减少” 、 “增多”或“保持不变” ） 。40已知 NaCl 的晶胞结构如右图。理论上认为高温下 NaCl晶体导电是由于 Na迁移到另一空穴而造成（以 1/8 晶胞为例如图），其中 Na要经过一个由 3 个 Cl组成的最

21、小三角形窗孔（Cl离子相互不接触） 。已知晶胞参数 a564pm，r(Na)116pm，r(Cl)167pm，计算三角形窗孔半径。41这是一个无色透明的片状晶体，电和热的不良导体，非常稳定，不溶于水和稀酸。发现它的 Sm 掺合物具有很好的光致荧光性质，被制成射线荧光增感屏，并被广泛地应用到医用射线检验和诊断中。如图晶体结构：请写出最简化学式： 并说明该晶体中，Ba 的阴离子配位数为 42FexO 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

22、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） 。8（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。43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。

23、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 C60C60间作用力属于哪一种类型？并两者数据的差异进行必要的说明。（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

24、胞中何处？（7）同一温度下，K3C60的晶体密度比 C60的晶体密度增大了多少？44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） 。45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

25、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？ ；（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）Ba2和 O2联合组成哪种类型的堆积？ ；（8）计算该晶体密度。946一个 Ca 和 C 的二

26、元化合物具有四方晶胞：ab387pm，c637pm， （90） ，晶胞图如图，图中钙原子用较大的黑圆圈表示（） ，碳原子用空心圆圈表示（） 。在位于原点的钙原子上面的碳原子的坐标为 x0，y0，z0.406。（1）导出这个化合物的化学式为 ；（2）一个晶胞中所含的化学式单位的数目为 ；（3）C2基团中 CC 键长为 pm；（4）最短的 CaC 距离为 pm；（5）最短的两个非键 CC 间距离为 pm、 pm；（6）这一结构与 型离子化合物的结构密切相关。47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0.302nm。假定 Li和 I都是刚性球。（1）欲计

27、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。48NH4Cl 为 CsCl 型结构，晶胞中包含 1 个 NH4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。49钨酸盐是一类重要的钨化合物。试回答下列问题：（1）Na2WO4晶胞中

28、，O2以立方最紧密堆积排列，每个立方晶胞中有 32 个O2，W6占据四面体空隙，Na占据八面体空隙，构成尖晶石结构。W6占据四面体空隙的分数是多少？Na占据八面体空隙的分数是多少？（2）NaxWO3的晶胞中，W 占据立方体的顶点，O2占据全部的棱心，Na占据体心位置。写出表示 W 价态的结构式，并指出 NaxWO3易导电的原因。50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

29、.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。51LiCl 和 KCl 同属 NaCl 型晶体，其熔点分别为 614和 776。Li、K和 Cl的半径分别为 76pm、133pm 和 181pm。在电解熔盐 LiCl 以制取金属锂的生产工艺中，加入适量的 KCl 晶体，可使电解槽温度下降至 400，从而使生产条件得以改善。（1）简要说明加入熔点高的 KCl 反而使电解温度大大下降的原因；10（2）有人认为，LiCl 和 KCl 可形成固溶体（并画出了“固溶体的晶胞” ） 。但实验表明，液相

30、 LiCl 和 KCl 能以任意比例混溶而它们的固相完全不混溶（即不能生成固溶体！） 。请解释在固相中完全不混溶的主要原因。（3）写出计算 LiCl 和 KCl 两种晶体密度之比的表达式（须包含离子半径的符号） ；（4）在 KCl 晶体中，K离子占据由 Cl离子围成的八面体空隙，计算相距最近的八面体空隙中心之间的距离。（5）实验证明，即使产生了阳离子空位，KCl 晶体在室温下也不导电。请通过计算加以说明。52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。用 X 射线衍射法测得该晶体的晶胞为长方体：ab419pm；c794pm；用比重瓶法测得它的密度

31、 为 3.87g/cm3。已知 NH4（视为球形离子）占据晶胞的顶角，并尽可能远离 Hg2；每个 NH4被 8 个 Cl围绕，距离为 335pm（与 NH4Cl 晶体中离子间距离一样） ；Cl与 Cl尽可能远离。试根据以上条件回答下列问题：（1）计算晶胞中合几个 NH4HgCl3结构单元。（2）绘出晶胞的结构图。 （以 NH4：、Cl：、Hg2：表示）（3）晶体中 Cl 的空间环境是否相同？说明理由。（4）计算晶体中 Cl与 Cl之间的最短距离是多少？（5）晶体中 Hg2的配位数为多少？绘出它的配位多面体构型。53CaF2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（

32、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。54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

33、）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 AlAl 最短距离。55C60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

34、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 11（5）计算 KxC60的密度56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

35、，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。57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 rr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（

36、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 ABCD2r；图 4 中 ac 的最小极限值为 4r，即 ac4r。（1）试分别计算 N

37、aCl 型和 CsCl 型离子晶体中的离子半径比 rr的最小极限值。12（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 rK1.331010m，rBr1.951010m。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rArNa、rBrNa，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

38、尔质量为 58.5g/mol，密度为 2.2g/cm3，阿伏伽德罗常数为6.021023mol1，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？58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

39、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。591704 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，而 CN离子位于立方体的棱上。（1）试写出上述鉴别 Fe3和 Fe2的离子

40、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。60钙钛矿型复合氧化物是小分子物质氧化还原反应很有效的催化剂。研究表明在测定温度范围内，LaNiO3具有金属导电性，La2NiO4和 LaSrNiO4为 P 型半导体，电导率与 CO 氧化活性存在相互对应关系，其大小顺序为：LaNiO3LaSrNiO4La2NiO4。结构研究表明 LaNiO3为

41、正常钙钛矿结构。（1）LaNiO3属于何种晶系？晶胞中各原子（离子）的位置如何？试画出一个晶胞。（2）La2NiO4结构可视为 LaO 岩盐层与 LaNiO3交互出现的层状结构，LaO 插入使得 LaNiO3的三维同性转变为具有一定二维平面特性。CO 在这类材料上首先吸附于 Ni3上的配位活化，然后与表面氧种结合生成 CO2，试写出离子方程式（可用最简单离子表13示反应各物种） 。（3）与 LaSrNiO4相似，钇钡铜氧化物是具有钙钛矿构型和相关的一种晶体结构，且晶体中 Y、Ba、Cu 的原子个数比为 123，试写出其化学式。61SrTiO3晶体属立方晶系，立方晶胞参数 a390.5pm，其结

42、构示于右图中：（1）按计算键价公式和查得的计算键价的参数，计算 Ti 一 O键和 SrO 键的键价，计算结构中 Ti4和 Sr2的键价和。（2）若将 O2和 Sr2起进行密堆积，这种堆积属于什么型式？Ti4填入到什么样的空隙中？这种空隙由什么原子组成？（3）已知 CaTiO3立方晶胞参数 a394 pm，计算晶体中 Ca2和 Ti4的键价和，用此结果评述文献中报导“CaTiO3的结构实际上是正交晶系晶体，Ca2和 Ti4的配位情况不像下图那样规整，只有当温度升高到 900，才真正变为立方晶系晶体” 。（4）已知 BaTiO3立方晶胞参数 a401.2 pm，计算 Ba2和 Ti4的键价和。说明

43、BaTiO3成为重要的铁电材料的内部结构依据。62晶体是质点（分子、离子或原子）在空间有规则地排列而成的、具有整齐的外形、以多面体出现的固体物质。在空间里无限地周期性地重复能成为晶体具有代表性的最小单位，称为单元晶胞（平行六面体） 。晶胞顶点质点对其晶胞的贡献为 1/8，棱上质点为 1/4，面上质点为1/2。（1）1987 年科学家发现了高温超导体钇钡铜氧材料，其晶胞如右图所示。若该晶胞中不存在氧空位，则该材料的理想化学式为 ，Cu 的实际氧化数为 。（2）事实上该材料中存在着氧空位，实际测量该材料的密度6.377g/mL，列式 推算出该材料的化学式 （已知晶胞参数为 a0.3823nm，b0

44、.3885nm，c1.168nm） ，在该材料中 Cu的氧化数为 ；该晶胞中氧空位的分数为 。（3）有的材料中氧空位分数会增加，这是因为 ；有材料中氧空位分数会减少，这是因为 。63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

45、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 14（晶胞参数：a52.4pm，c103.0pm）（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 641987 年，美国休斯顿大学的朱经武小组、中科院物理研究所赵忠贤小组以及日本东京大学 HiKami 小组同时独立地发现临界温度 Tc为 90K 的 YBaCuO 新的超导材料，实现了液氮温度区（77K）的超导性。这个重大突破使世界超导研究和应用进入一个新的发展阶段。现有高温氧化物超导体从结构上说都是从钙钛矿

46、结构演变而来。在这个单元基础上，通过原子的空缺、置换、位移变形等多种型式衍生出多种氧化物超导相的结构。其中，铜的配位数、铜氧面的结构以及铜氧面间的距离对超导起决定作用。（1）该 YBaCuO 新的超导材料晶胞如右图。如果该材料不存在氧空位，则该材料的理想化学式为 ；此时 Cu的氧化数为 （2）事实上该材料中存在着氧空位，实际测量该材料密度6.377gcm3，列式 ，可以推算出该材料的化学式为 （已知晶胞参数分别为 a0.3823nm，b0.3885 nm，c1.168nm） ，在该材料中 Cu 的实际氧化数为 ，该晶胞中氧空位的分数为 （3）超导材料理想结构可以看成三层钙钛矿晶胞在 c 轴方向

47、上的堆积，Ba，Y，Ba在 c 轴方向上形成有序排列。在制备符合第 2 题化学式的材料中结构还可能出现氧空位，设为 。Y 层的氧位全空时（z1/2） ，Ba 层氧位全满，其 c 轴方向坐标为 ；在 z0 或 1 的 CuO 面上（又称基面） ，氧位置的占据则与氧含量有关，00.6 时，基面上氧有序分步在 y1/2 的平面上而 x1/2 的平面氧位置全空，因而使得 b 轴长度大于 a 轴长度，此时结构为 晶系，具有超导性；而当 0.61时，基面上氧空位在 x1/2 和 y1/2 的平面上的平面上无序分布，b 轴长度等于 a 轴长度，此时结构为 晶系，无超导性。（4）有的材料中氧空位的分数会增加，

48、这是因为 ；有的材料中氧空位的分数会减少，这是因为 。65固体电解质是具有与强电解质水溶液的导电性相当的一类无机固体。这类固体通过其中的离子迁移进行电荷传递，因此又称为固体离子导体。固体电解质取代液体电解质，可以做成全固态电池及其他传感器、探测器等，在电化学、分析化学等领域的应用日益广泛。碘化银有 、 和 等多种晶型。在水溶液中 Ag与 I沉淀形成的是 AgI 和AgI 的混合物，升温至 136全变为 AgI，至 146变为 AgI。AgI 是一种固体电解质，导电率为 1.311cm1（注：强电解质水溶液的导电率为10311cm1） 。（1）AgI 和 AgI 晶体的导电性极差。其中 AgI

49、晶体属立方晶系，其晶胞截面图如下所示。图中空心圆和实心圆分别表示 Ag和 I，a 为晶胞边长。试指出AgI 晶体中 Ag、I各自的配位数，并画出晶胞图（已知通常 I的半径为15220pm，Ag的半径为 100pm150pm） 。0 xyz y0 ya/4 ya/2 y3a/4（2）AgI 晶体中，I离子取体心立方堆积，Ag填充在其空隙中。试指出AgI 晶体的晶胞中，八面体空隙、四面体空隙各有多少?并在下图中画出（表示八面体空隙，表示四面体空隙） 。0 xyz y0 ya/4 ya/2 y3a/4（3）为何通常 Ag离子半径有一个变化范围？（4）实验发现，AgI 晶体中能够迁移的全是 Ag，试从

50、晶体结构方面分析分析Ag能够发生迁移的可能原因。（5）用一价正离子（M）部分取代 AgI 晶体中的 Ag离子，得通式为MAgxI1x的化合物。如 RbAg4I5晶体，室温导电率达 0.271cm1。其中迁移的物种仍全是 Ag。利用 RbAg4I5晶体，可以制成电化学气敏传感器，右图是一种测定 O2含量的气体传感器示意图。被分析的 O2可以通过聚四氟乙烯薄膜，由电池电动势变化可以得知 O2的含量。写出传感器中发生的化学反应和电极反应。C 组组66预测下列各化合物晶体的阳离子的配位数。阴离子半径/pm 阳离子半径/pm MgO 65 140 MgS 65 184 CsCl 169 18167估计下