2023年无机化学上册第10章 晶体结构 习题超详细解析超详细解析答案.pdf

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1、第 10 章 晶体结构 习 题 1预测下列系统哪一个可以导电？（a）固体金属 Na；（b）液体金属 Na；（c）固体 NaCl；（d）液体 NaCl；（e）NaCl 溶于水中。2下列晶体属于哪种类型？（a）BaSO4；（b）NaOH；（c）Xe；（d）I2；（e）Al；（f）黄铜；（g）P4；（h）P4O10。3下列哪一个反应的标准焓变相反数代表 NaCl 的晶格能？（a）2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)；（b）Na+(g)+Cl-(g)=NaCl(s)；（c）Na(g)+Cl(g)=NaCl(g)；（d）NaCl(s)=Na+(g)+Cl-(g)。4下列化合物哪个晶格能最大？（a

2、）NaCl；（b）NaI；c）KI；（d）MgO；（e）MgS。5利用晶格能解释为什么 MgO 在水中溶解度小于 CaO。6确定在下列结构中金属原子的配位数。（a）立方密堆积 Al；（b）六方密堆积 Mg；（c）体心立方 Cr；（d）简单立方 Po。7钠的晶体结构中配位数为 8，属于下列哪种结构？（a）简单立方；（b）体心立方；（c）立方密堆积；（d）六方密堆积。8金属铬（d=7.2 g cm-3）为体心立方晶胞，计算晶胞的体积和铬原子的半径。9金属钒的原子半径为 0.1321 nm，如果钒以体心立方晶体存在，钒的密度是多大？10铁（d=7.86 g cm-3）在室温下为体心立方晶体，计算机它

3、的原子半径。在 910 oC 以上，铁为面心立方结构，假设铁加热到 910 oC 以上，铁原子体积变化可忽略不计，求面心立方结构铁的密度，通过计算预计铁从体心立方转为面心立方结构是膨胀还是收缩？11根据离子半径比推测下列物质的晶体类型：KBr，CsI，BeO，MgO。12根据离子半径比推测 AgI 为 NaCl 型晶体，但实际上是 ZnS 型，请加以解释。13指出下列两组物质熔点由高到低的次序。（1）KF，KCl，KBr，KI；（2）BeO，MgO，CaO，SrO，BaO。14试通过 Born-Haber循环计算 KF 的晶格能。15指出下列物质的晶体中质点间的作用力，晶体类型和熔点高低。（1

4、）CO2；（2）SiO2；（3）MgO；（4）Ca。16钾的晶体结构为体心立方晶格，晶胞长度 a=520 pm，试问：（1）最临近的钾原子之间距离是多少?（2）次临近的钾原子之间距离是多少?（3）每个钾原子有几个最临近的钾原子？（4）每个钾原子有几个次临近的钾原子？（5）晶体钾的密度是多少？17CsCl 立方结构晶体，每一个顶点有一个 Cl，晶胞中心有一个 Cs+，已知 Cs+的半径为169 pm，Cl的半径为 181 pm，预测晶格常数 a 的值，并与由实验得到的 CsCl 密度为3.97 g cm-3计算出的 a 值比较。18某蛋白质为正交晶系，晶胞尺寸为 a=13000 pm，b=748

5、0 pm，c=3093 pm，每个晶胞中有 6 个分子，若晶胞密度为 1.153 g cm-3，求该蛋白质的摩尔质量。19铜靶产生的 X 射线波长为 154 pm，射到 NaCl 晶体一组晶面上产生光波叠加的衍射角为：15.85(n=1)，33.09(n=2)，54.97(n=3)。计算该组晶面间距离。20简要说明造成下列各组化合物熔点不同的原因。（1）NaF(992 oC)，MgO(2800 oC)；（2）MgO(2800 oC)，BaO(1923 oC)；（3）NaCl(800 oC)，AgCl(455 oC)；（4）CaCl2(782 oC)，ZnCl2(215 oC)；（5）FeCl2

6、(672 oC)，FeCl3(282 oC)（南开大学 吴世华）习 题 解 答 10-1 预测下列哪一个可以导电？(a)固体金属 Na (b)液体金属 Na (c)固体 NaCl(d)液体 NaCl (e)NaCl 溶于水中(a)固体金属 Na (b)液体金属 Na(d)液体 NaCl(e)NaCl 溶于水中 10-2 下列晶体属于哪种类型？(a)BaSO4 离子晶体(b)NaOH 离子晶体(c)Xe 分子晶体(d)I2 分子晶体(e)Al 金属晶体(f)黄铜 金属晶体(g)P4 分子晶体(h)P4O10 分子晶体 10-3下列哪一个反应的焓变相反数代表 NaCl 的晶格能？（a）2Na(s)

7、+Cl2(g)2NaCl(S)（b）Na(g)+Cl(g)NaCl(s)（c）Na(g)+Cl(g)NaCl(g)（d）NaCl(s)Na+(g)+Cl-(g)(a)Na+(g)+Cl-(g)NaCl(s)代表 NaCl 的晶格能 10-4下列盐哪个晶格能最大？（a）NaCl （b）NaI （c）KI （d）MgO （e）MgS (a)MgO 晶格能最大 10-5利用晶格能解释为什么 MgO 在水中溶解度小于 CaO。Mg2+的离子半径要小于 Ca2+，故 MgO 的晶格能大于 CaO，MgO 中离子键较强，因而 MgO 的晶体稳定性大于 CaO，溶解时 MgO 中的离子键较 CaO难解离。1

8、0-6确定在下列结构中金属原子的配位数。(a)立方密堆积 Al 12 (b)六方密堆积 Mg 12 (c)体心立方 Cr 8 (d)简单立方 Po 6 10-7钠的晶体结构中配位数为 8，属于下列哪种结构？（a）简单立方 （b）体心立方 （c）立方密堆积 （d）六方密堆积 (b)体心立方 10-8 金属铬（d=7.2 g cm-3）为体心立方晶胞，计算晶胞的体积和铬原子的半径。于确定在下列结构中金属原子的配位数立方密堆积六方密堆积体心立方简单立方钠的晶体结构中配位数为属于下列哪原子半径为如果钒以体心立方晶体存在钒的密度是多大铁在室温下为体心立方晶体计算机它的原子半径在以上铁为面为面心立方结构是

9、膨胀还是收缩根据离子半径推测下列物质的晶体类型根据离子半径推测为型晶体但实际上是型请加解：每个体心立方晶胞中含 2 个 Cr 原子 d=m/V=(NM/NA)/(34r)3 r=43(NM/NAd)1/3=43 2 51.996 g.mol-1/(6.022 1023 mol-1 7.2 g cm-3)1/3=1.252 10-9 金属钒的原子半径为 0.1321 nm，如果钒以体心立方晶体存在，钒的密度是多大？解：每个体心立方晶胞中含 2 个 V 原子 d=m/V=(NM/NA)/(34r)3 =(2 50.9415 g.mol-1)/6.022 1023mol-1 (34 1.321 10

10、-8 cm)3 =5.959g.cm-3 10-10 铁（d=7.86 g cm-3）在室温下为体心立方晶体，计算它的原子半径。在 910 oC 以上，铁为面心立方结构，假设铁加热到 910 oC 以上，铁原子体积变化可忽略不计，求面心立方结构铁的密度，通过计算预计铁从体心立方转为面心立方结构是膨胀还是收缩？解：室温下：体心立方 d1=m1/V1=(N1M/NA)/(34r)3 910 oC：面心立方 d2=m2/V2=(N2M/NA)/(22r)3 /：863)23(42)23(332121NNdd 63812dd8.56g.cm-3，故铁从体心立方转为面心立方结构密度增大，是收缩。10-1

11、1 根据离子半径比推测下列物质的晶体类型。KBr CsI BeO MgO KBr：NaCl 型，CsI：CsCl 型，BeO：立方 ZnS 型，MgO：NaCl 型。10-12 根据离子半径比推测 AgI 为 NaCl 型晶体，但实际上是 ZnS 型，请加以解释。由于极化作用及变形性，离子极化导致晶格类型的转变。于确定在下列结构中金属原子的配位数立方密堆积六方密堆积体心立方简单立方钠的晶体结构中配位数为属于下列哪原子半径为如果钒以体心立方晶体存在钒的密度是多大铁在室温下为体心立方晶体计算机它的原子半径在以上铁为面为面心立方结构是膨胀还是收缩根据离子半径推测下列物质的晶体类型根据离子半径推测为型

12、晶体但实际上是型请加10-13 指出下列两组物质熔点由高到低的次序。（a）KF KCl KBr KI（b）BeO MgO CaO SrO BaO (a)KFKClKBrKI(b)MgO CaOSrOBeOBaO 10-14 试通过 Born-Haber循环计算 KF 的晶格能。（802.5 kJ mol-1）（1）)()(gKsK 升华焓Hs=89.24 kJmol-1（2）)()(212gFgF 离解焓Hd=79 kJmol-1（3）egKgK)()(电离能Hi=418.8 kJmol-1（4）)()(gFegF 电子亲合能He=-328 kJmol-1（5）)()()(sKFgFgK 晶格

13、能相反数-U=?总反应)()(21)(2sLiFgFsLi 生成焓Hf=-562.6 kJmol-1 得：Hf=Hs+Hd+Hi+He+(-U)U=Hs+Hd+Hi+He-Hf =89.24 kJmol-1+79 kJmol-1+418.8 kJmol-1+(-328 kJmol-1)(-328 kJmol-1)=802.5 kJmol-1 10-15 指出下列物质的晶体中质点间的作用力，晶体类型和熔点高低。（a）CO2（b）SiO2（c）MgO（d）Ca (a)CO2：分子内键和分子间力（范德华力），分子晶体，熔点低；(b)SiO2：共价键，共价晶体（原子晶体），熔点高；(c)MgO：离子键

14、，离子晶体，熔点高；(d)Ca：金属键，金属晶体，10-16 钾的晶体结构为体心立方晶格，晶胞长度 a=5.20 ，试问：（a）最临近的钾原子之间距离是多少?（4.50 ）（b）次临近的钾原子之间距离是多少?（5.20 ）（c）每个钾原子有几个最临近的钾原子？（8）（d）每个钾原子有几个次临近的钾原子？（6）（e）晶体钾的密度是多少？（0.925 g cm-3）答：(a)体对角线为3a，最近的两个 K 原子之间为23a=23 5.20=4.50 (b)次邻近的两个 K 原子位于晶胞边长的顶点，距离为 a=5.20 (c)8 (d)6 (e)密度 d=m/V=(NM/NA)/a3=(2 39g.

15、mol-1)/6.022 1023mol-1(5.2 10-7cm)3=0.925 g cm-3 10-17 CsCl 立方结构晶体，每一个顶点有一个 Cl，晶胞中心有一个 Cs+，已知Cs+的半径为 1.69 ，Cl的半径为 1.81 ，预测晶格常数 a 的值，并与由实验得到的 CsCl 密度为 3.97 g cm-3计算出的 a 值比较。（4.04 ，4.13 ）于确定在下列结构中金属原子的配位数立方密堆积六方密堆积体心立方简单立方钠的晶体结构中配位数为属于下列哪原子半径为如果钒以体心立方晶体存在钒的密度是多大铁在室温下为体心立方晶体计算机它的原子半径在以上铁为面为面心立方结构是膨胀还是收

16、缩根据离子半径推测下列物质的晶体类型根据离子半径推测为型晶体但实际上是型请加解：体对角线为3a=2(r1+r2)，a=3)r2(r21=4.04 密度 d=m/V=M/NAa3，a=(M/NAd)1/3=4.13 10-18 某蛋白质为正交晶系，晶胞尺寸为 a=13000 pm，b=7480 pm，c=3093 pm，每个晶胞中有 6 个分子，若晶胞密度为 1.153 g cm-3，求该蛋白质的摩尔质量。解：每个晶胞的质量为 m=Vd=abcd，蛋白质分子的摩尔量为 M=NAm/N=NA dV/N=NA abcd/N=(6.022 1023mol-1 13 10-7cm 7.48 10-7cm

17、 3.093 10-7cm 1.153g cm-3)/6=34805.16g.mol-1 10-19 铜靶产生的 X 射线波长为 154 pm，射到 NaCl 晶体一组晶面上产生光波叠加的衍射角为：15.85(n=1)，33.09(n=2)，54.97(n=3)。计算该组晶面间距离。解：根据布拉格公式：n 2dsin 得，d1=n/2sin=154 pm/2sin15.85=281.93pm(n=1)d2=154 pm/sin33.09=282.07pm(n=2)d3=3 154 pm/2sin54.97=282.10pm(n=3)d=(d1+d2+d3)/3=282.03 pm 10-20

18、简要说明造成下列各组化合物间熔点不同的原因。(a)NaF(992 oC)，MgO(2800 oC)；与 Na+、F-相比，Mg2+、O2-的电荷数较大，且离子半径也较小，因此晶格能较大、熔点较高。(b)MgO(2800 oC)，BaO(1923 oC)；Mg2+离子半径比 Ba2+小，晶格能较大、熔点较高。(c)NaCl(800 oC)，AgCl(455 oC)；Na+离子半径比 Ag+小，且 Ag+(18 电子构型)极化作用比 Na+(8 电子构型)强晶格能较大、熔点较高(d)CaCl2(782 oC)，ZnCl2(215 oC)；Ca2+离子半径比 Zn2+小，且 Zn2+(18 电子构型)极化作用比 Ca2+(8 电子构型)强，故 CaCl2晶格能较大、熔点较高。(e)FeCl2(672 oC)，FeCl3(282 oC)Fe3+比 Fe2+极化作用强，所以 FeCl2的熔、沸点比 FeCl3高。于确定在下列结构中金属原子的配位数立方密堆积六方密堆积体心立方简单立方钠的晶体结构中配位数为属于下列哪原子半径为如果钒以体心立方晶体存在钒的密度是多大铁在室温下为体心立方晶体计算机它的原子半径在以上铁为面为面心立方结构是膨胀还是收缩根据离子半径推测下列物质的晶体类型根据离子半径推测为型晶体但实际上是型请加