晶体结构习题与解答

合集下载

晶体学基础与晶体结构习题与答案

晶体学基础与晶体结构习题与答案

晶体学基础与晶体结构习题与答案1. 由标准的(001)极射赤面投影图指出在立方晶体中属于[110]晶带轴的晶带,除了已在图2-1中标出晶面外,在下列晶面中哪些属于[110]晶带?(1-12),(0-12),(-113),(1-32),(-221)。

图2-12. 试证明四方晶系中只有简单立方和体心立方两种点阵类型。

3. 为什么密排六方结构不能称作为一种空间点阵?4. 标出面心立方晶胞中(111)面上各点的坐标。

5. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向:a)立方晶系(421),(-123),(130),[2-1-1],[311];b)六方晶系(2-1-11),(1-101),(3-2-12),[2-1-11],[1-213]。

6. 在体心立方晶系中画出{111}晶面族的所有晶面。

7. 在立方晶系中画出以[001]为晶带轴的所有晶面。

8. 已知纯钛有两种同素异构体,密排六方结构的低温稳定的α-Ti和体心立方结构的高温稳定的β-Ti,其同素异构转变温度为882.5℃,使计算纯钛在室温(20℃)和900℃时晶体中(112)和(001)的晶面间距(已知aα20℃=0.29506nm,cα20℃=0.46788nm,aα900℃=0.33065nm)。

9. 试计算面心立方晶体的(100),(110),(111),等晶面的面间距和面致密度,并指出面间距最大的面。

10.平面A在极射赤平面投影图中为通过NS及核电0°N,20°E的大圆,平面B的极点在30°N,50°W处,a)求极射投影图上两极点A、B间的夹角;b)求出A绕B顺时针转过40°的位置。

11. a)说明在fcc的(001)标准极射赤面投影图的外圆上,赤道线上和0°经线上的极点的指数各有何特点,b)在上述极图上标出(-110),(011),(112)极点。

12. 图2-2为α-Fe的x射线衍射谱,所用x光波长λ=0.1542nm,试计算每个峰线所对应晶面间距,并确定其晶格常数。

晶体的结构与性质练习题1(含答案)

晶体的结构与性质练习题1(含答案)

晶体的结构与性质练习题1. (2010·原创)下列关于晶体的说法正确的是( ) A .在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子B .在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子C .原子晶体的熔点一定比金属晶体的高D .分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 解析:在原子晶体中构成晶体的粒子是原子;在离子晶体中构成晶体的粒子是阳离子和阴离子;在分子晶体中构成晶体的粒子是分子;在金属晶体中构成晶体的粒子是金属阳离子和自由电子,故选项B 错误。

晶体的熔点一般是原子晶体>离子晶体>分子晶体,而金属晶体的熔点相差比较大。

晶体硅的熔点(1 410℃)要比金属钨的熔点(3 410℃)低,而金属汞的熔点(常温下是液体)比蔗糖、白磷(常温下是固态,分子晶体)等低。

所以选项C 、D 不正确。

答案:A2. 下图为某晶体的一个晶胞,该晶体由A 、B 、C 三种基本粒子组成。

试根据图示判断,该晶体的化学式是( )A .A 6B 8C B .A 2B 4C C .A 3BCD .A 3B 4C解析:由分割法可知:晶胞中A 为6×12=3;B 为8×18=1;C 为1,故其化学式为A 3BC ,所以C 正确。

答案:C 3. (2010·改编)下列物质发生变化时,所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是( ) A .液溴和苯分别受热变为气体B .干冰和氯化铵分别受热变为气体C .二氧化硅和铁分别受热熔化D .食盐和葡萄糖分别溶解在水中解析:本题考查的是晶体结构。

晶体类型相同的物质在发生状态变化时所克服的粒子间作用属于同种类型,否则就不属于同种类型,A 中溴和苯都是分子晶体,所克服的都是分子间作用力;B 中干冰属于分子晶体,需克服分子间作用力,而NH 4Cl 属于离子晶体,需克服离子键和共价键;C 中SiO 2是原子晶体,需克服共价键,铁属于金属晶体,需克服金属键;D 中食盐属于离子晶体,需克服离子键,葡萄糖属于分子晶体,需克服分子间作用力。

第二章晶体的结构习题和答案

第二章晶体的结构习题和答案

第二章 晶体的结构习题及答案1.晶面指数为(123)的晶面ABC 是离原点O 最近的晶面,0A ,0B 和0C 分别与基矢1a ,2a 和3a 重合,除0点外,0A ,0B ,和0C 上是否有格点?若ABC 面的指数为(234),情况又如何?[解答] 晶面家族(123)截1a ,2a ,和3a 分别为1,2,3等份,ABC 面是离原点0最近的晶面,0A 的长度等于1a 长度,0B 的长度等于2a 的长度的1/2 ,0C 的长度等于3a 的长度的1/3 ,所以只有A 点是格点。

若ABC 面的指数为(234)的晶面族,则A 、B 、和C 都不是格点。

2.在结晶学中,晶胞是按晶体的什么特性选取的?[解答] 在结晶学中,晶胞选取的原则是既要考虑晶体结构的周期性又要考虑晶体的宏观对称性。

3. 在晶体衍射中,为什么不能用可见光?[解答] 晶体中原子间距的数量级为1010-米,要使原子晶格成为光波的衍射光栅,光波的波长应小于1010-米。

但可见光的波长为7.6 — 7100.4-⨯米,是晶体中原子间距的1000倍。

因此,在晶体衍射中,不能用可见光。

4.温度升高时,衍射角如何变化?X 光波长变化时,衍射角如何变化?[解答] 温度升高时,由于热膨胀,面间距h k l d 逐渐变大,由布拉格反射公式λθn d hkl =sin 2可知,对应同一级衍射,当X 光波长不变时,面间距hkl d 逐渐变大,衍射角θ逐渐变小。

所以温度升高,衍射角变小。

当温度不变,X 光波长变大时,对于同一晶面族,衍射角θ随之变大。

5.以刚性原子球堆积模型,计算以下各结构的致密度(一个晶胞中刚性原子球占据的体积与晶胞体积的比值称为结构的致密度)分别为:(1)简立方,6π ; (2)体心立方,π83 ; (3)面心立方,π62 ; (4)金刚石结构,π163。

[解答] 该想晶体是由刚性原子球堆积而成。

一个晶胞中刚性原子球占据的体积与晶胞体积的比值称为结构的致密度。

晶体结构与性质练习题

晶体结构与性质练习题

晶体结构与性质练习题晶体是由一定的周期性排列的原子、分子或离子组成的固体物质。

晶体的结构与性质有着密切的联系,不同的晶体结构会导致不同的晶体性质。

为了帮助大家更好地理解晶体结构与性质之间的关系,下面将提供一些练习题,供大家进行学习和思考。

题目一:简单晶体结构1. 以NaCl为例,简述其晶体结构的特点。

2. 请说出以下晶体中的阴离子和阳离子:CaF2、K2SO4、MgO。

3. 解释为什么NaCl和KCl的晶体结构相似,但是它们的性质却有所不同。

题目二:晶体缺陷1. 什么是点缺陷?举例说明。

2. 简述晶体中的位错缺陷以及其对晶体性质的影响。

3. 解释为什么金刚石可以成为优质的宝石。

题目三:晶体的导电性1. 解释为什么金属晶体具有良好的导电性。

2. 什么是半导体晶体?举例说明其应用。

3. 简述离子晶体的导电性及其应用。

题目四:晶体的光学性质1. 什么是吸收谱和荧光谱?它们对于研究晶体结构和性质有何意义?2. 简述偏光现象产生的原因以及其应用。

3. 解释为什么金属外观呈现出不同的颜色。

题目五:晶体的热学性质1. 解释晶体的热膨胀现象及其原理。

2. 简述晶体的热导性质以及其在热散热领域的应用。

3. 解释为什么铁磁性晶体具有自发磁化特性。

题目六:晶体的力学性质1. 解释为什么晶体呈现出不同的硬度。

2. 简述晶体的弹性性质以及其应用。

3. 什么是形状记忆合金?简述其工业应用。

以上是晶体结构与性质练习题,希望能够帮助大家加深对晶体结构与性质之间关系的理解。

通过思考与学习这些问题,相信大家能够更好地掌握晶体学知识,并在实际应用中发挥自己的才能。

祝你们学习进步!。

晶体结构习题

晶体结构习题

晶体结构习题第一章晶体结构1.三维空间中有多少种brafi格?画一张图来说明这些布拉菲格子。

解:三维空间有14种布拉菲格子,分别如下图所示:2.石墨层中的碳原子排列成六角形网络结构,如图所示。

一个原电池包含多少个原子?为什么?么?解决方案:石墨层中的原电池包含两个原子。

在图中,a和B原子并不相等,它们的几何位置也不同,所以在一个原始细胞中至少有两个碳原子;如图所示,石墨单层可以通过周期性平移图中由点框包围的两个原子A和B的单元来获得。

它可以形成石墨单层的原细胞。

因此,石墨层中的一个原细胞包含两个原子。

3、利用刚球密堆模型,求证球可能占据的最大体积与总体积之比为:(1)简单立方体6(5)金刚石;(2)体心立方322(3)面心立方(4)六方密积?;?;?;8663?。

解:(1)在简单的立方晶体学原胞中,假设原子半径为r,则原胞的晶体学常数为a?2R,则简单立方体的密度(即球可能占据的最大体积与总体积的比率)为:441??r31??r333?33?6A(2R)(2)在体心立方晶体学原胞中,如果原子半径为r,则原胞的晶体学常数为a?4R/3,则BCC的密度为:442??r32??r33?3??33??38a(4r/3)(3)在面心立方的结晶学原胞中,设原子半径为r,则原胞的晶体学常数a?22r,则面心立方的致密度为:444?? r32??r33??33?? a(22r)32?6(4)在六方密积的晶体学原胞中,假设原子半径为r,那么原胞的晶体学常数a?2rc?(26/3)a?(46/3)r,则六角密积的致密度为:446?? r36??r333223a3(2r)6?c6?(46/3)r442?6(5)在金刚石晶胞中,如果原子半径为r,晶胞的晶胞常数为a?(8/3)r,那么钻石的密度是:448??r38??r33?3??33??3316a(8/3)r4.有一个简单的格,它的基向量是A1?3i,a2?3j,a3?1.5(i?j?k)。

(3.7)--第3章部分习题解答

(3.7)--第3章部分习题解答

转变为一个 fcc 晶胞。故
rCu = 0.3611ᄡ 2 / 4 nm = 0.1277 nm
(2)从附录查出 Au 的相对原子量为 196.97,故得 xAu=40%的 Cu-Au 固溶体中每个原子的平
均重量 A
A
=
63.55
ᄡ0.6 + 196.97 6.0238 ᄡ1023
ᄡ 0.4
g
=
1.941 ᄡ10-22
g
求每个晶胞的原子数 n
3-12.纯铁在 912 °C 由 bcc 结构转变为 fcc 结构,体积减少 1.06%,根据 fcc 结构的原子半径
计算 bcc 结构的原子半径。它们的相对变化为多少?如果假定转变前后原子半径不变,计算
转变后的体积变化。这些结果说明了什么?
解:设 bcc 结构的点阵常数为 ab,fcc 结构的点阵常数为 af,由 bcc 结构转变为 fcc 结构时体 积减少 1.06%,因为每个 bcc 单胞包含 2 个原子,FCC 单胞 4 个原子,所以 2 个 BCC 晶胞
解:(1)从附录查出铜的相对原子质量为 63.55,阿佛加得罗常数是 6.02381023,每个 Cu 原
子的质量 ACu 为
ACu
=
63.55 6.0238 ᄡ1023
g
= 10.55 ᄡ10-23g
Cu 属 fcc 结构,每个晶胞含 4 个原子,设 Cu 晶胞的点阵常数为 a,一个晶胞的质量是 4 个
三条边共有
3/2
个原子),所以面密度
rp
=
4 a2
3
=
43 3a 2

图 x3-1
图 x3-2 所示为体心立方结构(100)、(110)、(111)晶面(部分)的原子排列情况。图 x3-2 所 示(100)面的面积为 a2,而在这面积中含一个原子(四个顶角共有一个原子),所以面密度 P=1/a2。 图 x3-2 所示(110)面的面积为 2a2 ,而在这面积中含两个原子(四个顶角共有一个原子, 中心有一个原子),所以面密度 r p = 2 / a2 。 图 x3-2 所示(111)面的面积是等边三角形,面积等于 a2 3 / 2 ,而在这面积中含 1/2 个原子

高中化学《晶体构型与性质》练习题(附答案解析)

高中化学《晶体构型与性质》练习题(附答案解析)

高中化学《晶体构型与性质》练习题(附答案解析)学校:___________姓名___________班级____________一、单选题1.下列有关物质性质的比较,错误的是()A.溶解度小苏打 < 苏打B.密度溴乙烷 > 水C.硬度晶体硅 < 金刚石D.碳碳键键长乙烯 > 苯2.下列物质形成的晶体中,属于分子晶体的是()A.CCl4B.NaOH C.金刚石D.KCl3.某种氨化硼晶体具有超硬、耐磨、耐高温等特点。

下列各组晶体熔化时克服的粒子间作用力与该种氮化硼晶体熔化时克服的粒子间作用力都相同的是()A.硝酸钠和镁B.晶体硅和金刚石C.冰和干冰D.苯和CCl44.化学与人类生产、生活密切相关。

下列有关说法不正确的是()A.通过缩聚反应可将乳酸加工制得可降解的聚乳酸塑料B.石墨晶体中存在范德华力,常用作润滑剂C.三星堆考古中用X射线衍射法分析青铜器的微观晶体结构D.将重质油裂解为轻质油作为燃料能直接有效促进“碳中和”5.对图中某金属晶体结构的模型进行分析,判断下列有关说法正确的是()A.该种堆积方式称为六方堆积B.该种堆积方式称为体心立方堆积C.该种堆积方式称为面心立方堆积D.金属Mg就属于此种堆积方式6.对于A1型最密堆积的描述错误的是()A.A1型最密堆积晶体的晶胞也叫面心立方晶胞B.面心立方晶胞的每个顶点上和每个面的中心上都各有一个微粒C.平均每个面心立方晶胞中有14个微粒D.A1型最密堆积可用符号“…ABCABC…”表示7.化学与生活、生产、社会可持续发展密切相关。

下列说法错误的是()A.免洗洗手液能杀菌消毒,主要因为其有效成分活性银离子能使蛋白质变性B.牙膏中添加的Na2PO3F、NaF所提供的氟离子浓度相等时,它们防治龋齿的作用是相同的C.用聚氯乙烯代替木材,生产快餐盒,以减少木材的使用D.石墨晶体中存在范德华力,常用作润滑剂8.下列物质的晶体中的化学键类型和晶体类型都相同的是()A.CO2和SiO2B.H2O和NH3C.NaCl和HCl D.C(金刚石)和C609.从化学键的角度看化学反应的实质是“旧化学键的断裂,新化学键的形成”,下列既有旧化学键的断裂,又有新化学键的形成的变化是()A.固体碘的升华B.生右灰作为干燥剂吸水C.氯化钠的熔化D.酒精溶解于水10.下列过程只需要破坏共价键的是()Al O D.晶体硅熔化A.NaCl溶于水B.碘升华C.熔融2311.下列说法正确的是()A.分子晶体和离子晶体中一定都含有化学键B.金属晶体中,原子半径越大,金属键越强C.同一个原子中的p轨道形状完全相同D.焰色反应与电子跃迁有关12.下列关于化学键与晶体类型的说法正确的是()A.含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体B.MgO晶体中一个Mg2+只与一个O2-存在强烈的相互作用C.金属发生变形时,金属阳离子与自由电子间的作用力仍然存在D.构成分子晶体的基本微粒是分子,其熔沸点高低取决于分子内部共价键的强弱13.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体,层内的H3BO3分子通过氢键相连(如下图)。

教材第四章习题解答

教材第四章习题解答

第四章晶体结构习题解答1.是非题①离子晶体中正、负离子的堆积方式主要取决于离子键的方向性。

()②由于共价键十分牢固,因而共价化合物的熔点均较高。

()③金属材料具有优良的延展性与金属键没有方向性有关。

()④分子晶体的物理性质取决于分子中共价键的强度。

()【解答】①错误,离子键没有方向性和饱和性。

②错误,化合物熔点的高低取决于晶体结点上原子、分子或离子等微粒之间的作用力的大小。

③正确。

④错误,分子晶体的物理性质取决于晶格结点上分子与分子之间作用力的大小。

2.选择题(选择1个或2个正确答案)①下列几种固体物质晶格中,由独立分子占据晶格结点的是()A. 石墨B. 干冰C. SiCD. NaClE. SiF4②晶格能的大小可用来表示()A. 共价键的强弱B. 金属键的强弱C. 离子键的强弱D. 氢键的强弱③由常温下Mn2O7是液体的事实,估计Mn2O7中的Mn与O之间的化学键是()。

A. 离子键B. 共价键C. 金属键D. 氢键④下列四种离子晶体中熔点最高的是()。

A. CaF2B. BaCl2C. NaClD. MgO【解答】① B,E;② C;③ B;④ D。

3.指出下列物质晶态时的晶体类型① O2② SiC③ KCl ④ Ti 。

【解答】①分子晶体;②原子晶体;③离子晶体;④金属晶体。

4.根据有关性质的提示,估计下列几种物质固态时的晶体类型①固态物质熔点高,不溶于水,是热、电的良导体。

②固态时熔点1000℃以上,易溶于水中。

③常温为固态,不溶于水,易溶于苯。

④ 2300℃以上熔化,固态和熔体均不导电。

【解答】①金属晶体;②离子晶体;③非极性分子晶体;④原子晶体。

5.熔融固态的下列物质时,需克服什么力?a. 离子键;b. 共价键;c. 氢键;d. 取向力;e. 诱导力;f. 色散力。

① CCl4② MgO③ SiO2④ H2O【解答】① f;② a;③ b;④ c,d,e,f 。

6.以列表的方式比较K、Cr、C、Cl四种元素的外层电子构型、在周期表中的分区、单质的晶体类型、熔点、硬度。

晶体学基础与晶体结构习题与答案备课讲稿

晶体学基础与晶体结构习题与答案备课讲稿

晶体学基础与晶体结构习题与答案晶体学基础与晶体结构习题与答案1. 由标准的(001)极射赤面投影图指出在立方晶体中属于[110]晶带轴的晶带,除了已在图2-1中标出晶面外,在下列晶面中哪些属于[110]晶带?(1-12),(0-12),(-113),(1-32),(-221)。

图2-12. 试证明四方晶系中只有简单立方和体心立方两种点阵类型。

3. 为什么密排六方结构不能称作为一种空间点阵?4. 标出面心立方晶胞中(111)面上各点的坐标。

5. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向:a)立方晶系(421),(-123),(130),[2-1-1],[311];b)六方晶系(2-1-11),(1-101),(3-2-12),[2-1-11],[1-213]。

6. 在体心立方晶系中画出{111}晶面族的所有晶面。

7. 在立方晶系中画出以[001]为晶带轴的所有晶面。

8. 已知纯钛有两种同素异构体,密排六方结构的低温稳定的α-Ti和体心立方结构的高温稳定的β-Ti,其同素异构转变温度为882.5℃,使计算纯钛在室温(20℃)和900℃时晶体中(112)和(001)的晶面间距(已知aα20℃=0.29506nm,cα20℃=0.46788nm,aα900℃=0.33065nm)。

9. 试计算面心立方晶体的(100),(110),(111),等晶面的面间距和面致密度,并指出面间距最大的面。

10.平面A在极射赤平面投影图中为通过NS及核电0°N,20°E的大圆,平面B的极点在30°N,50°W处,a)求极射投影图上两极点A、B间的夹角;b)求出A绕B顺时针转过40°的位置。

11. a)说明在fcc的(001)标准极射赤面投影图的外圆上,赤道线上和0°经线上的极点的指数各有何特点,b)在上述极图上标出(-110),(011),(112)极点。

12. 图2-2为α-Fe的x射线衍射谱,所用x光波长λ=0.1542nm,试计算每个峰线所对应晶面间距,并确定其晶格常数。

固体物理 第一章 晶体结构习题

固体物理 第一章 晶体结构习题

第一章晶体结构1.试述晶态、非晶态、准晶、多晶和单晶的特征性质。

解:晶态固体材料中的原子有规律的周期性排列,或称为长程有序。

非晶态固体材料中的原子不是长程有序地排列,但在几个原子的范围内保持着有序性,或称为短程有序。

准晶态是介于晶态和非晶态之间的固体材料,其特点是原子有序排列,但不具有平移周期性。

另外,晶体又分为单晶体和多晶体:整块晶体内原子排列的规律完全一致的晶体称为单晶体;而多晶体则是由许多取向不同的单晶体颗粒无规则堆积而成的。

2.晶格点阵与实际晶体有何区别和联系?解:晶体点阵是一种数学抽象,其中的格点代表基元中某个原子的位置或基元质心的位置,也可以是基元中任意一个等价的点。

当晶格点阵中的格点被具体的基元代替后才形成实际的晶体结构。

晶格点阵与实际晶体结构的关系可总结为:晶格点阵+基元=实际晶体结构3.晶体结构可分为Bravais格子和复式格子吗?解:晶体结构可以分为Bravais格子和复式格子,当基元只含一个原子时,每个原子的周围情况完全相同,格点就代表该原子,这种晶体结构就称为简单格子或Bravais格子;当基元包含2个或2个以上的原子时,各基元中相应的原子组成与格点相同的网格,这些格子相互错开一定距离套构在一起,这类晶体结构叫做复式格子。

解:(a)“面心+体心”立方不是布喇菲格子。

从“面心+体心”立方体的任一顶角上的格点看,与它最邻近的有12个格点;从面心任一点看来,与它最邻近的也是12个格点;但是从体心那点来看,与它最邻近的有6个格点,所以顶角、面心的格点与体心的格点所处的几何环境不同,即不满足所有格点完全等价的条件,因此不是布喇菲格子,而是复式格子,此复式格子属于简立方布喇菲格子。

(b)“边心”立方不是布喇菲格子。

从“边心”立方体竖直边心任一点来看,与它最邻近的点子有八个;从“边心”立方体水平边心任一点来看,与它最邻近的点子也有八个。

虽然两者最邻近的点数相同,距离相等,但他们各自具有不同的排列。

第一章晶格结构习题

第一章晶格结构习题

第一章晶体结构习题1、晶体结构的堆积比率 在sc, bcc 和fcc 结构中,fcc 是原子排列最密积的,sc 是最稀疏的,它们的配位数分别是fcc-12;bcc-8;sc-6;而金刚石结构比简单立方结构还要稀疏,配位数是4。

如果把同样的硬球放置在这些结构原子所在的位置上,球的体积取得尽可能大,以使最近邻的球正好接触,但彼此并不重迭。

我们把一个晶胞中被硬球占据的体积和晶胞体积之比定义为结构的堆积比率(又叫最大空间利用率)。

试证明以上四种结构的堆积比率是fcc :74.062=π bcc :68.083=π sc :52.061=π 金刚石:34.0163=π 2、点阵常数的计算 已知氯化钠是立方晶体,其分子量为58.46,在室温下的密度是2.167×103 kg·m -3,试计算氯化钠结构的点阵常数。

3、立方晶系的晶面和晶向 证明立方晶系中方向[hkl ]垂直于平面(hkl )。

4、六角密堆积结构 (a) 证明理想的六角密堆积结构(hcp)的轴比c /a 是 (8/3)1/2=1.633。

(b) 钠在23K 附近从bcc 结构转变为hcp 结构(马氏体相变),假如在此相变过程中保持密度不变,求hcp 相的点阵常数a 。

已知bcc 相的点阵常数是4.23Å,且hcp 相的c /a 比值与理想值相同。

5、面间距 考虑晶体中一组互相平行的点阵平面 (hkl ),(a) 证明倒易点阵矢量G (hkl )=h b 1+k b 2+l b 3垂直于这组平面(hkl );(b) 证明两个相邻的点阵平面间的距离d (hkl )为:)(2)(hkl G hkl d π= (c) 证明对初基矢量a 1、a 2、a 3互相正交的晶体点阵,有 232221)/()/()/(1)(a l a k a h hkl d ++=(d) 证明对简单立方点阵有 )()()()(222l k h ahkl d ++=6、一个单胞的尺寸为a 1=4 Å ,a 2=6 Å ,a 3=8 Å ,α=β=90°,γ=120°,试求:(a) 倒易点阵单胞基矢;(b)倒易点阵单胞体积;(c) (210)平面的面间距。

第一章金属的晶体结构习题答案

第一章金属的晶体结构习题答案

第一章 金属的晶体结构(一)填空题3.金属晶体中常见的点缺陷是金属晶体中常见的点缺陷是 空位、间隙原子和置换原子 ,最主要的面缺陷是最主要的面缺陷是 。

4.位错密度是指.位错密度是指 单位体积中所包含的位错线的总长度 ,其数学表达式为VL =r 。

5.表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做 晶格 ,而晶胞是指而晶胞是指 从晶格中选取一个能够完全反应晶格特征的最小几何单元 。

6.在常见金属晶格中,原子排列最密的晶向,体心立方晶格是.在常见金属晶格中,原子排列最密的晶向,体心立方晶格是 [111] ,而面心立方晶格是晶格是 [110] 。

7 晶体在不同晶向上的性能是晶体在不同晶向上的性能是 不同的 ,这就是单晶体的这就是单晶体的 各向异性现象。

一般结构用金属为 多 晶体,在各个方向上性能晶体,在各个方向上性能 相同 ,这就是实际金属的,这就是实际金属的 伪等向性 现象。

现象。

8 实际金属存在有实际金属存在有 点缺陷 、 线缺陷 和 面缺陷 三种缺陷。

位错是三种缺陷。

位错是 线 缺陷。

缺陷。

9.常温下使用的金属材料以.常温下使用的金属材料以 细 晶粒为好。

而高温下使用的金属材料在一定范围内以晶粒为好。

而高温下使用的金属材料在一定范围内以粗粗晶粒为好。

晶粒为好。

10.金属常见的晶格类型是 面心立方、 体心立方 、 密排六方 。

11.在立方晶格中,各点坐标为:A (1,0,1),B (0,1,1),C (1,1,1/2),D(1/2,1,1/2),那么AB 晶向指数为10]1[-,OC 晶向指数为[221] ,OD 晶向指数为晶向指数为 [121] 。

12.铜是铜是 面心 结构的金属,它的最密排面是它的最密排面是 {111} ,若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原子间距为那么最密排面上原子间距为 0.509nm 。

13 α-Fe 、γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Cr 、V 、Mg 、Zn 中属于体心立方晶格的有中属于体心立方晶格的有 α-Fe 、Cr 、V ,属于面心立方晶格的有属于面心立方晶格的有 γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 ,属于密排六方晶格的有属于密排六方晶格的有 Mg 、Zn 。

晶体练习题及答案

晶体练习题及答案

晶体练习题及答案题目一:晶体的基本概念1. 什么是晶体?答案:晶体指的是由周期性重复排列的原子、分子或离子组成的固态物质。

2. 晶体的特点有哪些?答案:晶体具有以下特点:- 具有长程有序性:晶体中的原子、分子或离子按照规则的排列方式组成,形成周期性的结构。

- 具有各向同性或各向异性:晶体的物理性质在不同方向上可能存在差异。

- 具有平面外的周期性:晶体的周期性结构在三维空间中保持着重复。

- 具有清晰的外形:晶体通常具有规则的几何形状,如立方体、六角柱等。

题目二:晶体的结构与分类1. 晶体的结构有哪些类型?答案:晶体的结构可分为以下几种类型:- 离子晶体:由正、负离子通过电子静力作用排列而成。

- 分子晶体:由分子通过分子间相互作用力排列而成。

- 原子晶体:由原子通过原子间相互作用力排列而成。

2. 晶体的分类方法有哪些?答案:晶体可按照成分、结构和形貌等进行分类。

- 成分分类:包括无机晶体和有机晶体两大类。

- 结构分类:根据晶体的结构类型,可分为离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体等。

- 形貌分类:按照晶体外形,可分为短柱状、针状、板状、粒状等多种形态。

题目三:晶胞与晶体的晶格1. 什么是晶胞?答案:晶胞是指晶体中最小的具有周期性结构的单位,通常由一组原子、分子或离子组成。

2. 什么是晶格?答案:晶格是指晶体中晶胞之间的无限重复排列形成的空间网格结构。

3. 晶体的晶格类型有哪些?答案:晶体的晶格类型可分为以下几种:- 简单晶格:晶胞中只有一个原子或离子。

- 面心立方晶格:晶胞的各个面心上都有一个原子或离子。

- 体心立方晶格:晶胞的中心位置还有一个原子或离子。

- 其他复杂晶格:如六方密排晶格、菱面体晶格等。

题目四:晶体的缺陷1. 晶体的缺陷有哪些?答案:晶体的缺陷可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。

- 点缺陷:包括空位、间隙原子和杂质原子等在晶体中的缺陷点。

- 线缺陷:主要指晶体表面的位错和堆垛层错等。

晶体结构练习题答案

晶体结构练习题答案

晶体结构练习题答案晶体结构是固体物质中最基本的结构单元。

通过学习和练习晶体结构的分析和确定方法,我们可以更好地理解物质的结构和性质。

以下是一些晶体结构练习题的答案。

1. 问题:下面是一种晶体的晶胞示意图,请根据图中的晶胞参数计算晶胞体积。

[图1](注:晶胞中的所有角度都是直角,a,b,c分别是晶胞在x,y,z方向的长度)解答:根据晶胞的参数,晶胞体积可以通过公式V = a * b * c来计算。

根据图中所示,a = 4 Å,b = 5 Å,c = 6 Å。

将这些值代入公式,得到V = 4 Å * 5 Å * 6 Å = 120 Å^3。

2. 问题:下图是一种晶体的晶胞示意图。

请根据图中的晶胞参数确定晶体的晶体学点群。

[图2]解答:确定晶体的晶体学点群需要分析晶体的对称性。

根据图中所示,晶胞具有对称面、旋转轴和反射轴。

通过观察,可以发现晶胞存在一个垂直于平面上的二次旋转轴(C2)以及一个垂直于平面反射轴(σh)。

根据国际晶体学表,这种对称性对应的晶体学点群是mm2。

3. 问题:下面是一种晶体的晶胞示意图及其晶胞参数,请根据图中的信息确定晶体的晶格类型。

[图3](注:a,b,c分别是晶胞在x,y,z方向的长度)解答:确定晶体的晶格类型需要分析晶体的晶胞参数。

根据图中所示,a = b ≠ c,且α = β = γ = 90°。

根据晶格类型的定义,这种晶体的晶格类型是正交晶系。

4. 问题:下图是一种晶体的晶胞示意图。

请根据图中的信息确定晶胞内原子的排列方式。

[图4]解答:根据图中所示,晶胞内包含了两个不同类型的原子,分别是红色和绿色的原子。

通过观察,可以发现这两种原子按照一定的规律重复排列在晶胞内。

每个红色原子都有六个绿色原子相邻,而每个绿色原子也有六个红色原子相邻。

这种排列方式符合体心立方晶格的结构特征。

通过以上练习题,我们可以加深对晶体结构的理解。

晶体结构练习题答案

晶体结构练习题答案

晶体结构练习题一、(2005全国初赛)下图是化学家合成的能实现热电效应的一种晶体的晶胞模型。

图中的大原子是稀土原子,如镧;小原子是周期系第五主族元素,如锑;中等大小的原子是周期系VIII族元素,如铁。

按如上结构图写出这种热电晶体的化学式。

给出计算过程。

提示:晶胞的6个面的原子数相同。

设晶体中锑的氧化态为一1,镧的氧化态为+3,问:铁的平均氧化态多大?解析:晶胞里有2个La原子(处于晶胞的顶角和体心); 有8个Fe原子(处于锑形成的八面体的中心);锑八面体是共顶角相连的,平均每个八面体有6/2 = 3个锑原子,晶胞中共有8个八面体,8x3=24个锑原子;即:La2Fe8Sb24。

答案:化学式 LaFe4Sb12 铁的氧化态9/4 = 2.25二、(2004年全国初赛)最近发现,只含镁、喋和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。

鉴于这三种元素都是常见元素,从而引起广泛关注。

该晶体的结构可看作由镁原子和喋原子在一起进行(面心)立方最密堆积(“「),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,一种由喋原子构成,另一种由喋原子和镁原子一起构成,两种八面体的数量比是1:3,碳原子只填充在喋原子构成的八面体空隙中。

(1)画出该新型超导材料的一个晶胞(碳原子用小球,喋原子用大。

球,镁原子用大球)。

(2)写出该新型超导材料的化学式。

(1)(在(面心)立方最密堆积一填隙模型中,八面体空隙与堆积球的比例为1:1,在如图晶胞中,八面体空隙位于体心位置和所有棱的中心位置,它们的比例是1:3,体心位置的八面体由喋原子构成,可填入碳原子,而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个喋原子一起构成,不填碳原子。

)(2)MgCNi3(化学式中元素的顺序可不同,但原子数目不能错)。

三、将此凡与苛性钾共熔后,可以生成溶于水的铌酸钾,将其慢慢浓缩可以得到晶体KjNb m O n]・16H2O,同时发现在晶体中存在[Nb m Oj p-离子。

无机化学——晶体结构 习题解答

无机化学——晶体结构 习题解答

第9章习题解答一、是非题1. 具有相同电子层结构的单原子离子,阳离子的半径往往小于阴离子的半径。

()解:对2. 离子半径是离子型化合物中相邻离子核间距的一半。

()解:错3. 同种元素离子的半径随离子电荷代数值增大而减小。

()解:对4. 仅依据离子晶体中正负离子半径的相对大小即可决定晶体的晶格类型。

()解:错5. NaCl晶体中配位数比是6:6,因此每个晶胞中含有6个Na+和6个Cl-。

()解:错6. NaCl晶体是由Na+和Cl-组成的面心立方晶格交错(重叠1/2)排列而成。

()解:对7. CsCl晶体是由Cs+和Cl-的简单立方交错(重叠1/8)排列而成。

()解:对8. 每个CsCl晶胞中含有1个Cs+和1个Cl-。

()解:对9. 每个NaCl晶胞中含有4个Na+和4个Cl-。

()解:对10. 固体物质可以分为晶体和非晶体两类。

()解:对11. 所有无机盐都是离子晶体。

()解:错12. 任何晶体都存在晶格能,晶格能越大则物质的熔点越高。

()解:错13. 所有原子晶体的熔点均比离子晶体的熔点高。

()解:错14. 在常温常压下,原子晶体物质的聚集状态只可能是固体。

()解:对15. 分子晶体的物质在任何情况下都不导电。

()解:错16. 分子晶体的特性之一是熔点均相对较低。

()解:对17. 原子晶体的特性之一是熔点高。

()解:对18. 所有层状晶体均可作为润滑剂和导电体使用。

()解:错19. 某物质可生成两种或两种以上的晶体,这种现象叫做类质多晶现象。

()解:错20. 石墨晶体层与层之间的主要结合力为金属键。

()解:错21. 无定形物质都是由微小的晶粒组成的。

()解:错22. 自然界存在的晶体或人工制备的晶体中,所有粒子都是按照一定规律有序排列的,没有任何缺陷。

()解:错23. 一般来说,离子晶体的晶格能越大,该晶体的热稳定性就越低。

()解:错24. 离子晶体的晶格能越大,熔点越低。

( )解:错25. 对离子晶体而言,离子半径变大,将有利于其晶格能变小。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

第三章晶体结构习题与解答3-1 名词解释(a)萤石型和反萤石型(b)类质同晶和同质多晶(c)二八面体型与三八面体型(d)同晶取代与阳离子交换(e)尖晶石与反尖晶石答:(a)萤石型:CaF2型结构中,Ca2+按面心立方紧密排列,F-占据晶胞中全部四面体空隙。

反萤石型:阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反,即碱金属离子占据F-的位置,O2-占据Ca2+的位置。

(b)类质同象:物质结晶时,其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有,共同组成均匀的、呈单一相的晶体,不引起键性和晶体结构变化的现象。

同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。

(c)二八面体型:在层状硅酸盐矿物中,若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构三八面体型:在层状硅酸盐矿物中,若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。

(d)同晶取代:杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。

阳离子交换:在粘土矿物中,当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时,一些电价低、半径大的阳离子(如K+、Na+等)将进入晶体结构来平衡多余的负电荷,它们与晶体的结合不很牢固,在一定条件下可以被其它阳离子交换。

(e)正尖晶石:在AB2O4尖晶石型晶体结构中,若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙,称为正尖晶石;反尖晶石:若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙,通式为B(AB)O4,称为反尖晶石。

3-2 (a)在氧离子面心立方密堆积的晶胞中,画出适合氧离子位置的间隙类型及位置,八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干四面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干(b)在氧离子面心立方密堆积结构中,对于获得稳定结构各需何种价离子,其中:(1)所有八面体间隙位置均填满;(2)所有四面体间隙位置均填满;(3)填满一半八面体间隙位置;(4)填满一半四面体间隙位置。

并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。

解:(a)参见2-5题解答。

(b)对于氧离子紧密堆积的晶体,获得稳定的结构所需电价离子及实例如下:(1)填满所有的八面体空隙,2价阳离子,MgO;(2)填满所有的四面体空隙,1价阳离子,Li2O;(3)填满一半的八面体空隙,4价阳离子,TiO2;(4)填满一半的四面体空隙,2价阳离子,ZnO。

3-3 MgO晶体结构,Mg2+半径为,O2-半径为,计算MgO晶体中离子堆积系数(球状离子所占据晶胞的体积分数);计算MgO的密度。

解:参见2-9题。

3-4 Li2O晶体,Li+的半径为,O2-的半径为,其密度为1.646g/cm3,求晶胞常数a0;晶胞中Li2O的分子数。

解:按照已知密度计算:根据已知离子半径计算:[LiO4]的棱为小立方体的面对角线。

从图3-1所示尺寸关系知道:将已知数值代入上式并解方程得:3-5 试解释(a)在AX型晶体结构中,NaCl型结构最多;(b)MgAl2O4晶体结构中,按r+/r-与CN关系,Mg2+、Al3+都填充八面体空隙,但在该结构中Mg2+进入四面体空隙,Al3+填充八面体空隙;而在MgFe2O4结构中,Mg2+填充八面体空隙,而一半Fe3+填充四面体空隙。

(c)绿宝石和透辉石中Si:O都为1:3,前者为环状结构,后者为链状结构。

答:(a)在AX型晶体结构中,一般阴离子X的半径较大,而阳离子A的半径较小,所以X做紧密堆积,A填充在其空隙中。

大多数AX型化合物的r+/r-在~之间,应该填充在八面体空隙,即具有NaCl型结构;并且NaCl型晶体结构的对称性较高,所以AX型化合物大多具有NaCl型结构。

(b)按照阳、阴离子半径比与配位数之间的关系,Al3+与Mg2+的配位数均应该为6,填入八面体空隙。

但是,根据鲍林规则,高电价离子填充于低配位的四面体空隙时,排斥力要比填充八面体空隙中较大,稳定性较差,所以Al3+填入八面体空隙,而Mg2+填入四面体空隙。

而在MgFe2O4结构中,由于Fe3+的八面体择位能为0,可以进入四面体或八面体空隙,当配位数为4时,Fe3+离子半径,Mg2+离子半径,Fe3+在四面体空隙中更加稳定,所以Mg2+填充八面体空隙、一半Fe3+填充四面体空隙。

(c)绿宝石和透辉石中Si:O都为1:3。

但是,绿宝石中的其它阳离子Be2+和Al3+的离子半径较小,配位数较小(4或6),相互间斥力较大,所以绿宝石通过[SiO4]顶角相连形成六节环,再通过Be2+和Al3+将六节环连接起来,离子堆积结合状态不太紧密,这样晶体结构较稳定。

透辉石中是Mg2+和Ca2+,离子半径较大,配位数较大(分别为6和8),相互间斥力较小,所以透辉石通过[SiO4]顶角相连形成单链,离子堆积结合状态比较紧密。

3-6叙述硅酸盐晶体结构分类原则及各种类型的特点,并举一例说明之。

解:硅酸盐矿物按照硅氧四面体的连接方式进行分类,具体类型见表3-1。

表3-1 硅酸盐矿物的结构类型结构类型共用氧数形状络阴离子氧硅比实例岛状0 四面体[SiO4]4- 4 镁橄榄石Mg2[SiO4]组群状1~2 六节环[Si6O18]12-~3 绿宝石Be3Al2[Si6O18]链状2~3 单链[Si2O6]4-3~透辉石CaMg[Si2O6]层状 3 平面层[Si4O10]4-滑石Mg3[Si4O10](OH)2架状 4 骨架[SiO2] 2 石英SiO23-7 堇青石与绿宝石有相同结构,分析其有显着的离子电导,较小的热膨胀系数的原因。

答:堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]具有绿宝石结构,以(3Al3++2Mg2+)置换绿宝石中的(3Be2++2Al3+)。

6个[SiO4]通过顶角相连形成六节环,沿c轴方向上下迭置的六节环内形成了一个空腔,成为离子迁移的通道,因而具有显着的离子电导;另外离子受热后,振幅增大,但由于能够向结构空隙中膨胀,所以不发生明显的体积膨胀,因而热膨胀系数较小。

3-8 (a)什么叫阳离子交换(b)从结构上说明高岭石、蒙脱石阳离子交换容量差异的原因。

(c)比较蒙脱石、伊利石同晶取代的不同,说明在平衡负电荷时为什么前者以水化阳离子形式进入结构单元层,而后者以配位阳离子形式进入结构单元层。

答:(a)在粘土矿物中,如果[AlO6]层中部分Al3+被Mg2+、Fe2+代替时,一些水化阳离子(如Na+、Ca2+等)进入层间,来平衡多余的负电荷,在一定条件下这些阳离子可以被其它阳离子交换,这种现象称为阳离子交换。

(b)高岭石的阳离子交换容量较小,而蒙脱石的阳离子交换容量较大。

因为高岭石是1:1型结构,单网层与单网层之间以氢键相连,氢键强于范氏键,水化阳离子不易进入层间,因此阳离子交换容量较小。

而蒙脱石是为2:1型结构,复网层间以范氏键相连,层间联系较弱,水化阳离子容易进入复网层间以平衡多余的负电荷,因此蒙脱石的阳离子交换容量较大。

(c)蒙脱石和伊利石均为2:1型结构。

但是,蒙脱石的铝氧八面体层中大约有1/3的Al3+被Mg2+所取代,平衡电荷的水化阳离子半径大,而且水化阳离子与负电荷之间距离远,覆网层之间的结合力弱,所以进入层间位置。

伊利石的硅氧四面体层中约1/6的Si4+被Al3+所取代,K+进入复网层间以平衡多余的负电荷,K+位于上下二层硅氧层的六边形网络的中心,构成[KO12],K+与硅氧层中的负电荷距离近,结合力较强,因此以配位离子形式进入结构单元。

3-9 在透辉石CaMg[Si2O6]晶体结构中,O2-与阳离子Ca2+、Mg2+、Si4+配位型式有哪几种,符合鲍林静电价规则吗为什么答:透辉石CaMg[Si2O6],O2-与阳离子Ca2+、Mg2+、Si4+配位型式有三种,即2个桥氧和2个非桥氧形成[SiO4],6个非桥氧形成[MgO6],4个桥氧和4个非桥氧形成[CaO8]。

在教材的图3-22b中,同时与1个Si4+、2个Mg2+和1个Ca2+配位的非桥氧,其静电价强度总和为4×1/4+2×2×1/6+2×1/8=23/12,而同时与1个Si4+、1个Mg2+和1个Ca2+配位的非桥氧,其静电价强度总和为4×1/4+2×1/6+2×1/8=19/12,小于其负电价;同时与2个Si4+、2个Ca2+配位的桥氧,其静电价强度总和为4×2×1/4+2×2×1/8=5/2,大于其负电价。

所以不完全符合鲍林静电价规则。

但是其总体电价仍然平衡的,晶体结构仍然是稳定的。

原因在于Mg2+和Ca2+两种离子的离子半径不同、配位数不同、配位氧离子不同(桥氧或非桥氧)。

3-10 同为碱土金属阳离子Be2+、Mg2+、Ca2+,其卤化物BeF2和SiO2结构同,MgF2与TiO2(金红石型)结构同,CaF2则有萤石型结构,分析其原因。

答:碱土金属离子Be2+、Mg2+、Ca2+,随着原子序数的增大,离子半径逐渐增大,极化性能变化不大。

当阴离子同为F-时,使得其r+/r-增大,配位数增大,由BeF2的4配位到MgF2的6配位,再到CaF2的8配位。

3-11 金刚石结构中C原子按面心立方排列,为什么其堆积系数仅为34%。

答:为了分析晶体结构方便起见,金刚石结构中C原子可以看成按面心立方排列。

但实际上由于C原子之间是共价键,具有方向性和饱和性,每个C原子只与4个C原子形成价键(紧密相邻),所以并没有达到紧密堆积(紧密堆积时每个原子同时与12个原子紧密相邻),其晶体结构内部存在很多空隙。

所以其堆积系数仅为34%,远远小于紧密堆积的%。

相关文档
最新文档