2010届高中化学竞赛专题辅导(三)晶体结构及答案

2010届高中化学竞赛专题辅导（三）晶体结构一．（9分）下图所示为HgCl2和不同浓度NH3－NH4Cl反应得到的两种含汞的化合物A和B的微观结构重复单元图。

1．写出A、B的化学式和B的生成反应方程式；2．晶体A中，NH3、Cl的堆积方式是否相同，为什么？3．晶体A中Hg占据什么典型位置，占有率是多少？4．指出B中阴阳离子组成特点；5．比较A和B在水溶液中溶解性的大小。

二．（14分）钛酸锶是电子工业的重要原料，与BaTO3相比，具有电损耗低，色散频率高，对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。

因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件等。

制备高纯、超细、均匀SrTiO3的方法研究日益受到重视。

我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶，粒子呈球形，粒径分布较均匀，平均22nm。

已知SrTiO3立方晶胞参数a＝390.5pm。

1．写出水热法合成纳米钛酸锶的反应方程式；2．SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2＋和O2－在一起进行（面心）立方最密堆积（ccp），它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子），它们构成两种八面体空隙，一种由O2－构成，另一种由Sr2＋和O2－一起构成，Ti4＋只填充在O2－构成的八面体空隙中。

（1）画出该SrTiO3的一个晶胞（Ti4＋用小球，O2－用大○球，Sr2＋用大球）（2）容纳Ti4＋的空隙占据所有八面体空隙的几分之几？（3）解释为什么Ti4＋倾向占据这种类型的八面体空隙，而不是占据其他类型的八面体空隙？（4）通过计算说明和O2－进行立方密堆积的是Sr2＋而不是Ti4＋的理由（已知O2－半径为140pm）3．计算22nm（直径）粒子的质量，并估算组成原子个数。

三．（10分）NH4Cl为CsCl型结构，晶胞中包含1个NH4＋和1个Cl－，晶胞参数a＝387pm。

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，晶胞参数a＝b＝419pm、c＝794pm（结构如右图）。

1．已知Cl－半径为181pm，求NH4＋（视为球形离子）的半径。

2．计算NH4HgCl3晶体的密度；3．指出Hg2＋和NH4＋的Cl－具体配位形式；4．通过具体计算，指出晶体中Cl－与Cl－之间的最短距离是多少？四．（8分）金属铜的理想堆积模型为面心立方紧密堆积（CCP），设它的边长为acm。

在晶体中与晶胞体对角线垂直的面在晶体学中称为（1,1,1）面。

1．请画出金属铜的晶胞（○表示Cu原子），并涂黑有代表性的1个（1,1,1）面上的Cu原子。

2．计算（1,1,1）面上Cu占整个面积的百分率以及Cu占整个体积的百分率（给出计算过程）。

3．在1个盛有CuSO4溶液的电解槽内电镀铜，其中阴极经过特殊处理，只有1个（1，1，1）面暴露在电解质溶液中，其余各面均被保护。

假设此面面积为bcm2，电镀时电流恒为I。

Cu2＋在此面上做恒速率均匀沉积，tmin后，有一层Cu原子恰好在阴极上沉积完毕，求这是已沉积的第几层Cu原子？（阿伏加德罗常数为N A，法拉第常数为F）五．（10分）某钠盐X的阴离子为正八面体构型，由7个原子70个电子组成。

X晶体的结构有如下特点：阴离子的空间排列方式与NaCl晶体中的Na＋（或Cl－）的排列方式完全一样，而Na＋占据其全部四面体空隙中。

1．确定阳离子、阴离子个数比；2．确定X的化学式；3．如果X晶体的晶胞参数为a（cm），X的摩尔质量为M X（g/mol），写出X密度的表达式；4．X晶体中Na＋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？如果将阴离子看作由Na＋形成的空隙中，那么占有率为多大？5．如果晶胞的坐标原点为Na＋，请画出该晶胞全部阴离子的空间构型（阴离子用●表示）6．某钾盐Y的阴离子组成和在晶胞中的排列方式与X相似，而K＋填充在全部八面体空隙中，写出Y的化学式。

六．（5分）Na2O为反CaF2型结构，晶胞参数a＝555pm。

1．计算Na＋的半径（已知O2－半径为140pm）；2．计算密度。

七．（8分）点阵素单位是指最小的重复单位，将最小重复单位的内容用一个点阵表示，最小重复单位中只含一个点阵点，称为素单位。

含2个或2个以上点阵点的单位称为复单位。

画出素单位的关键是能按该单位重复，与单位预角上是否有圆圈无关。

某平面周期性结构系按右图单位重复堆砌而成。

1．写出该素单位中白圈和黑圈的数目。

2．请画出2种点阵素单位，要求一种顶点无原子，另一种顶点有原子。

3．请画出石墨片层的3种点阵素单位。

八．（10分）最简单的二元硼氮化合物可以通过下列反应合成：B2O3(l)＋2NH3(g) 2BN(s)＋3H2O(g)反应产生的氮化硼的结构与石墨结构相类似，但上、下层平行，B、N原子相互交替（见图1），其层状六方氮化硼的晶胞如图2所示。

层内B－N核间距为145 pm，面间距为333 pm。

H 3BO 3的层状结构请回答下列问题：⑴写出晶胞中B 、N 原子的原子坐标。

B 原子： ，N 原子 。

⑵试列出求算层状六方氮化硼晶体的密度的计算式：（阿伏加德罗常数用N A 表示） 。

⑶在高压（60 kpa ）、高温（2000℃）下，层状六方氮化硼晶体可转化为立方氮化硼， 它与金刚石有类似结构。

若立方氮化硼晶胞的边长为a pm ，试列出求算立方氮化硼晶体 中B －N 键键长的计算式： 。

九．（8分）正硼酸（H 3BO 3）是一种片层状结构白色晶体，层内的H 3BO 3分子通过氢键相连（如右图）。

1．正硼酸晶体属于 晶体；2．片层内微粒间的作用力是上面？片层间微粒间的作用力又是上面？3．含1mol H 3BO 3的晶体中有 mol 氢键；4．以1个片层为研究对象，画出其二维晶胞，并指出其所包含的内容。

十．（11分）Ar 、Xe 、CH 4、Cl 2等分子能和水形成气体水合物晶体。

在这种晶体中，水分子形成三维氢键骨架体系。

在骨架中有空穴，它可以容纳这些气体小分子形成笼型结构。

（1）甲烷的气体水合物晶体成为可燃冰。

已知每1m 3这种晶体能释放出164m 3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定，只要假设合理均按正确论）（2）X －射线衍射分析表明，该晶体属于立方晶系，a ＝1200pm （即晶胞为立方体，边长为1200pm ）。

晶胞中46个水分子围成两个五角十二面体和六个稍大的十四面体（2个六角形面，12个五角形面），八个CH 4分子可以进入这些多面体笼中。

计算甲烷和水的分子数之比和该晶体的密度。

（3）已知Cl 2的气体水合物晶体中，Cl 2和H 2O 的分子数之体为1︰8，在其晶体中水分子所围成的笼型结构与可燃冰相同。

推测它的结构。

十一．近年来对于三价铜的研究日益深入，特别随着是钇钡铜氧化物的研究的深入，三价铜化合物越来越受到化学家的重视。

起初发现的三价铜化合物为离子化合物，三价铜存在于阴离子[Cu 2O 6]6－中，目前所发现的三价铜配合物都是四配位的。

1．画出[Cu 2O 6]6－的结构；2．一种三价铜的稀土化合物LaCuO 3的晶格属立方晶系，氧离子位于棱心，阳离子各占据氧离子所构成的空隙中，其中三价铜离子的配位数是La(Ⅲ)的一半，试画出LaCuO 3的晶胞。

十二．（12分）Q 为多核电中性对称配合物，化学式可写成M 3A 3Cl 3，其中M 为中心原子，A 为一有机配体（由常见元素组成）。

A 为中性配体，不带电荷，M 的质量分数为30.70％。

空气中灼烧有白烟和刺激性气体生成，A 中也有一C 3轴。

将Q 溶解在液氨中得R ，分离溶液后蒸馏结晶再灼烧，得红褐色固体氧化物。

R 可由一常见白色难溶物（氯化物）溶解在液氨中制得。

1．M 为何种元素，指出其配位数；2．推出A 的化学式；3．画出Q的结构。

十三．（8分）发光材料Y2O2S的晶体属三方晶系，它的六方晶胞参数为：a＝378.8pm，c＝659.1pm。

在晶体中，每个Y原子由3个S原子和4个O原子和它配位，Y原子坐标为±（1/3，2/3，0.71），O原子坐标为±（1/3，2/3，0.36），试画出Y2O2S的晶胞。

十四．（14分）钛酸锶是电子工业的重要原料，与BaTO3相比，具有电损耗低，色散频率高，对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。

因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件等。

制备高纯、超细、均匀SrTiO3的方法研究日益受到重视。

我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶，粒子呈球形，粒径分布较均匀，平均22nm。

已知SrTiO3立方晶胞参数a＝390.5pm。

1．写出水热法合成纳米钛酸锶的反应方程式；2．SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2＋和O2－在一起进行（面心）立方最密堆积（ccp），它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子），它们构成两种八面体空隙，一种由O2－构成，另一种由Sr2＋和O2－一起构成，Ti4＋只填充在O2－构成的八面体空隙中。

（1）画出该SrTiO3的一个晶胞（Ti4＋用小球，O2－用大○球，Sr2＋用大球）（2）容纳Ti4＋的空隙占据所有八面体空隙的几分之几？（3）解释为什么Ti4＋倾向占据这种类型的八面体空隙，而不是占据其他类型的八面体空隙？（4）通过计算说明和O2－进行立方密堆积的是Sr2＋而不是Ti4＋的理由（已知O2－半径为140pm）3．计算22nm（直径）粒子的质量，并估算组成原子个数。

十五．（11分）硫化锰MnS是赭色物质，用碱金属硫化物沉淀制得。

1．计算纯水中MnS的溶解度？已知MnS的K sp为3×10－14，H2S的K1和K2分别为1.0×10－7和1.2×10－132．α－MnS晶体属于立方晶系，用X射线粉末法测得该晶体晶胞参数a＝522.4pm；（1）26℃测得该晶体的密度为4.05g/m3，请计算一个晶胞中的离子数；（2）若某α－MnS纳米颗粒形状为立方体，边长为α－MnS晶胞边长的10倍，请估算其表面原子占总原子数的百分比。

（已知S2－的半径0.184nm）十六．（6分）金属M的晶格是面心立方，密度为8.90g/cm3，计算：1．Ni晶体中最邻近的原子之间的距离。

2．能放入Ni晶体空隙中的最大原子半径是多少?2010届高中化学竞赛专题辅导（三）晶体结构答案一．（9分）下图所示为HgCl2和不同浓度NH3－NH4Cl反应得到的两种含汞的化合物A 和B的微观结构重复单元图。

1．写出A、B的化学式和B的生成反应方程式；2．晶体A中，NH3、Cl的堆积方式是否相同，为什么？3．晶体A中Hg占据什么典型位置，占有率是多少？4．指出B中阴阳离子组成特点；5．比较A和B在水溶液中溶解性的大小。