化学竞赛——晶体结构
高中化学竞赛专题讲解之晶体结构
⑶平面点阵指标（或晶面指标、密勒指标）册门
空间点阵可以划分为一组相互平行、间距相等的平面点阵。
设一组平而点阵和三个坐标轴相交，其中一个平面在三个轴上的截距分别为畑sb, tc, t称为截数。有时平面会及某个轴平行，这时，在该轴上的截距为无穷大，为了避免易截数进一步化 作互质的整数力;匕r,
【例】三维实例：金属Na。每个Na原子的周围环境都相同，结构基元应只含有1个Na原子。左侧的立方体中含有2个N&原子（每个顶点提供1/8个Na原子，中心提供1个Na原子），它不是结构基元，右侧图中虚线部分包围的平行六面体给出了一种正确的选法。
【例】三维实例：金属Cu（左图所示立方体的每个顶点和每个面的中心有一个Cu原子）。 每个Cu原子的周围环境都相同，结构基元只含有1个Cu原子。右侧图中虚线部分所示 平行六面体为一个结构基元。
按照选择的素向量，将点阵点连上线，把空间点阵划分并置堆砌的平行六面体（这时,
每个顶点被八个平行六面体共有），空间点阵形成的由线连成的格子称为晶格。
划分出的每个平行六面体为一个单位。平行六而体单位顶点上的点阵点，对每个单位的
平均贡献为1/8；面上的点阵点对每个单位的贡献为1/2,内部的点阵点，对每个单位的
2.周期性
3席秒很Ml就1%眩
上而两个图形均表现出周期性：沿直线方向，每隔相同的距离，就会出现相同的图案。 如果在图形中划出一个最小的重复单位(阴影部分所示),通过平移，将该单位沿直线向 两端周期性重复排列，就构成了上而的图形。
最小重复单位的选择不是唯一的,例如，在图Q)中，下而任何一个图案都可以作为最 小的重复单位。
日常生活中接触到的食盐、糖、洗涤用碱、金属、岩石、砂子、水泥等都主要由晶体组 成，这些物质中的的晶粒大小不一，如，食盐中的晶粒大小以毫米计，金属中的晶粒大 小以微米计。晶体有着广泛的应用。从日常电器到科学仪器，很多部件都是由各种天然 或人工晶体而成，如，石英钟、晶体管，电视机屏幕上的荧光粉，激光器中的宝石，计 算机中的磁芯等等。
化学竞赛专题辅导资料——晶体结构
郴州市二中高一化奥班辅导资料——晶体结构（2008-05-28）【涉及概念和内容】根据《化学课程标准》和中学化学教材以及《物质结构与性质》选修教材，晶体结构涉及的内容包括：（1）基本概念：周期性有序排列、晶胞及晶胞类型、晶胞中粒子数的计算、配位数、空隙、堆积方式、晶格能、并置碓砌；（2）堆积方式：面心立方、六方、体心立方和简单立方堆积；（3）晶体种类和性质：金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体，自范性、各向异性、金属晶体的导电导热和延展性、X－射线衍射。
这些内容看似零碎，实际上它们有着密切的内在联系，了解和建立它们的关系，对于晶体结构的教与学，深刻理解晶体结构和性质，掌握核心、突出重点都是很重要的。
它们的联系可以用下面的结构表示，其中堆积类型是联系晶体基本概念、基本结构与不同晶体类型的结构和性质的桥梁。
面心立方最密堆积（A1）最密堆积六方最密堆积（A3）体心立方密堆积（A2）简单立方堆积金刚石型堆积(四面体堆积)（A4）一、晶体的结构1、晶体的概念晶体是质点（原子、分子、离子）在空间有规律周期性地重复排列，是具有规则的多面体固体物质。
2自范性：在一定条件下晶体能自动地呈现具有一定对称性的多面体的外形（晶体的形貌）。
非晶体不能呈现多面体的外形。
晶态石英的谱图非晶态石英的谱图3、晶体的点阵结构概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律排列在空间，这些点构成一个点阵。
点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能使它复原。
点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。
晶体结构= 点阵+ 结构基元结构基元：在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构。
（1）直线点阵（2）平面点阵（3）晶胞（晶胞是人为划定的，为平行六面体）空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点阵点的单位矢量a，b，c，它们将点阵划分成并置的平行六面体单位，称为点阵单位。
1998-2008年高中化学竞赛(初赛)有关晶体结构的试题及答案解析
1998-2010年高中化学竞赛（初赛）有关晶体结构的试题及答案解析（09第6题）(10分)6-1 文献中常用下图表达方解石的晶体结构：图中的平行六面体是不是方解石的一个晶胞？简述理由。
不是。
(1分)晶体的平移性决定了晶胞的8个顶角必须相同，平行棱的结构必须相同，平行面的结构必须相同，而该平行六面体平行棱上的碳酸根离子的取向是不同的。
(1分) 6-2 文献中常用下图表达六方晶体氟磷灰石的晶体结构：Array该图是c轴投影图，位于图中心的球是氟，大球是钙，四面体是磷酸根（氧原子未画出）。
试以此图为基础用粗线画出氟磷灰石晶胞的c轴投影图，设晶胞顶角为氟原子，其他原子可不补全。
(2分) 6-3某晶体的晶胞参数为：a = 250.4 pm, c = 666.1 pm，γ = 120o；原子A的原子坐标为0，0，1/2和1/3，2/3，0，原子B的原子坐标为1/3，2/3，1/2和0，0，0。
(1) 试画出该晶体的晶胞透视图（设晶胞底面即ab 面垂直于纸面，A 原子用“○”表示，B原子用“●”表示）。
或(2分)(2) 计算上述晶体中A 和d (AB )。
d (AB) = 250.4 pm ⨯ 0.5 ÷ cos30o = 144.6 pm只要有计算过程，得出正确的核间距(2分)(3) 共价晶体的导热是共价键的振动传递的。
实验证实，该晶体垂直于c 轴的导热性比平行于c 轴的导热性高20倍。
用上述计算结果说明该晶体的结构与导热性的关系。
因为该晶体的c = 666.1 pm, 是AB 最短核间距的4.6倍，其间不可能有共价键，只有范德华力，该晶体属层状晶体，难以通过由共价键振动传热。
(2分)（10第3题） ( 7分) 早在19世纪人们就用金属硼化物和碳反应得到了碳化硼。
它是迄今已知的除金刚石和氮化硼外最硬的固体。
1930年确定了它的理想化学式。
左下图是2007年发表的一篇研究论文给出的碳化硼晶胞简图。
【化学奥赛】晶体结构习题new!
晶体结构题一（2004年全国高中学生化学竞赛决赛6分）氢是重要而洁净的能源。
要利用氢气作能源，必须解决好安全有效地储存氢气问题。
化学家研究出利用合金储存氢气，LaNi5是一种储氢材料。
LaNi5的晶体结构已经测定，属六方晶系，晶胞参数a=511 pm,c＝397 pm,晶体结构如图2所示。
⒈从LaNi5晶体结构图中勾画出一个LaNi5晶胞。
⒉每个晶胞中含有多少个La原子和Ni原子？⒊LaNi5晶胞中含有3个八面体空隙和6个四面体空隙，若每个空隙填人1个H原子，计算该储氢材料吸氢后氢的密度，该密度是标准状态下氢气密度(8.987×10-5 g·m-3)的多少倍？（氢的相对原子质量为1.008；光速c为2．998×108 m·s-1；忽略吸氢前后晶胞的体积变化）。
解：⒈晶胞结构见图4。
⒉晶胞中含有1个La原子和5个Ni原子⒊计算过程：六方晶胞体积：V=a2csin120°=(5.11×10-8)2×3.97×10-8×31/2/2=89.7×10-24cm3氢气密度是氢气密度的1.87×103倍。
二. (2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题1)在酸化钨酸盐的过程中，钨酸根WO42-可能在不同程度上缩合形成多钨酸根。
多钨酸根的组成常因溶液的酸度不同而不同，它们的结构都由含一个中心W原子和六个配位O原子的钨氧八面体WO6通过共顶或共边的方式形成。
在为数众多的多钨酸根中，性质和结构了解得比较清楚的是仲钨酸根[H2W12O42]10-和偏钨酸根[H2W12O40]6-。
在下面三张结构图中，哪一张是仲钨酸根的结构？简述判断理由。
(a) (b) (c)解：提示：考察八面体的投影图，可以得到更清楚地认识。
三．(2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题4)轻质碳酸镁是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品，它的生产以白云石（主要成分是碳酸镁钙）为原料。
晶体结构考试(含答案)
高中化学竞赛专题考试——晶体结构1.008Zr Nb Mo T cRu Rh Pd Ag Cd In S n S b T e I Hf T a W Re OsIr Pt Au Hg T l Pb Bi Po At Ac-Lr HLi BeB C N O F Na MgAl S i P Cl S K Ca S c T i V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn G a G e As S e BrRb Cs Fr S r Ba RaY LaLu -6.9419.01222.9924.3139.1040.0885.4787.62132.9137.3[223][226]44.9647.8850.9452.0054.9455.8558.9363.5558.6965.3910.8126.9869.7212.0128.0972.61114.8204.4118.7207.2112.4200.6107.9197.0106.4195.1102.9192.2101.1190.298.91186.295.94183.992.91180.991.22178.588.9114.0116.0019.0030.9774.92121.8209.032.0778.96127.6[210][210][210]126.979.9035.454.00320.1839.9583.80131.3[222]He Ne Ar Kr Xe Rn相对原子质量Rf Db Sg Bh Hs Mt一 选择题（每题有一个或者两个正确选项，每题2分，共20分。
）1、下列各组物质汽化或熔化时，所克服的微粒间的作用力，属于同种类型的是（ ） A ．碘和干冰的升华 B ．二氧化硅和生石灰的熔化 C ．氯化钠晶体和铁的熔化 D ．冰的融化和烧碱的熔化2、在结构中，表示成SiO 4，则该结构式的通式为 （ ）A. (Si 2O 5)n 2n-B. (SiO 3)n 2n-C. (Si 6O 17)n 10n-D. (Si 6O 19)n 14n-3、某钾（·）的石墨嵌入化合物沿c 轴的投影图如图，该化合物的化学式为 （ ） A.KC 12 B. KC 10 C. KC 8 D. KC 64、下面二维平面晶体所表示的化学式为AX 3的是 （ ）A B C D5．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① ② ③ ④A 图①B 图②C 图③D 图④6 非整数比化合物Fe 0.95O 具有NaCl 型晶体结构，由于n （Fe ）∶n （O ）＜1∶1，所以晶体存在缺陷。
晶体结构
全国化学竞赛初赛讲义——晶体结构 根据晶胞的几何特征，晶胞可以有7种，其名称、外形及晶胞参数如下表：名称外形 晶胞参数 立方a=b=c ，α=β=γ=90︒，只有一个晶胞参数a 四方a=b≠c ，α=β=γ=90︒，有2个晶胞参数a 和b 六方a=b≠c ，α=β=90︒，γ=120︒，有2个晶胞参数a 和c 正交a≠b≠c ，α=γ=90︒，有3个晶胞参数a 、b 和c 单斜a≠b≠c ，α=γ= 90︒，β≠90︒，有4个晶胞参数a 、b 、c 和β 三斜a≠b≠c ，α≠β≠γ，有6个晶胞参数a 、b 、c 、α、β和γ 菱方a =b =c ，α=β=γ≠90︒，有2个晶胞参数a 和α这种晶胞最早是由法国晶体学家布拉维提出的，全名是布拉维晶胞。
根据晶胞中所含结构基元〔可以理解为晶体中具有完全相同的化学环境，能体现晶体组成的最小构成微粒（原子、分子、离子或原子团）〕，可以分为素晶胞和复晶胞两大类。
素晶胞是最小的晶胞，其内容物的组成相当于结构基元的组成。
复晶胞则为素晶胞的多倍体。
复晶胞分体心晶胞、面心晶胞和底心晶胞三种，分别是素晶胞的2倍体、4倍体和2倍体，即其内容物相当于2、4、2个结构基元。
体心晶胞的特征是：将晶胞的框架移至体心位置（注意：只移动框架不移动原子），所得到的新的晶胞与原晶胞没有任何差别，这种特征叫体心位移。
归纳为下表即为：晶胞含结构基元 特征 素晶胞1 最小的晶胞 复晶胞 体心晶胞2 可作体心位移 面心晶胞4 可作面心位移 底心晶胞 2 可作底心位移【问题与思考】右图中的金属钠和氯化铯是不是体心晶胞？【分析与归纳】是不是体心晶胞关键就是看能否作体心位移，也是把晶胞的框架移至晶胞体心位置，所得新晶胞（图中虚线）与原晶胞（实线）是否毫无差别，如果无差别则是体心晶胞，否则不是。
由此可知金属钠是体心晶胞，氯化铯不是。
金属钠的结构基元是一个钠原子，一个钠晶胞中有2个钠原子，因此它是一个复晶胞（含2个结构基元）；氯化铯的结构基元是1Cs +＋1Cl -，一个晶胞中含一个Cs +和一个Cl -，为素晶胞。
高中化学竞赛-晶体结构-10年真题加完整答案
高中化学竞赛-晶体结构-10年真题加完整答案（2000）4．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）。
（6分）【答案】；所有原子都是Mg（3分）所有原子都是O（3分）注：画更多原子者仍应有正确几何关系；右图给出了三角形与晶胞的关系，不是答案。
（2000）5．最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是______。
【答案】Ti14C13（2分）说明：凡按晶胞计算原子者得零分。
（2001）第5题（5分）今年3月发现硼化镁在39K呈超导性，可能是人类对超导认识的新里程碑。
在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，像维夫饼干，一层镁一层硼地相间，图5－1是该晶体微观空间中取出的部分原子沿C轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。
5－1由图5－1可确定硼化镁的化学式为：5－2在图5－l右边的方框里画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子（镁原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。
图5－1硼化镁的晶体结构示意图第5题（5分）5-1MgB2（2分）（注：给出最简式才得分）或a=b≠c，c轴向上（3分）5-2（注：任何能准确表达出Mg︰B＝1︰2的晶胞都得满分，但所取晶胞应满足晶胞是晶体微观空间基本平移单位的定义，例如晶胞的顶角应完全相同等。
）（2001）第10题（5分）最近有人用一种称为“超酸”的化合物H(CB11H6Cl6)和C60反应，使C60获得一个质子，得到一种新型离子化合物[HC60][CB11H6Cl6]。
化学竞赛——晶体结构
化学竞赛——晶体结构化学竞赛，晶体结构晶体结构是化学竞赛中的一个重要知识点，它涉及到晶体的组成、结构、性质等方面。
下面我将详细介绍晶体结构的相关知识。
晶体是由原子、离子或分子按照一定的几何规律排列而形成的具有固定形状和结构的物质。
晶体的结构可以分为晶格和晶胞两个层面。
晶格是指晶体中的原子、离子或分子的排列方式。
晶格可以分为三种类型：点阵、空间点阵和布拉维格子。
点阵是指晶体中原子、离子或分子的周期性排列形式，可以分为平面点阵、体心点阵、面心点阵等。
空间点阵是三维空间中具有平移对称性的点的集合，它可以由平面点阵通过添加一个垂直于平面的平移矢量得到。
布拉维格子是指空间中按照一定的几何规律分布的点，它由空间点阵通过移动原点所得到。
晶胞是晶体中一个最小的、具有完整晶体结构的单位。
晶胞可以分为简单晶胞、面心立方晶胞、体心立方晶胞等。
简单晶胞是指由一个或多个原子组成，没有原子在晶体内的重合部分的晶胞。
面心立方晶胞是指在体心立方晶胞的基础上，在每个体心加入了一个原子的晶胞。
体心立方晶胞是指在每个面心和一个体心分别加入一个原子的晶胞。
晶体结构可以通过X射线衍射、电子衍射等实验手段进行研究。
通过这些实验可以确定晶体中原子、离子或分子的位置和排列方式，从而揭示晶体的结构和性质。
晶体结构还可以用来解释化学反应的发生过程。
例如，固态反应与气态反应相比，通常速度较慢。
原因是固态反应需要克服晶体结构的稳定性，使反应物分子能够进入晶体内部，而气态反应则不受晶体结构的限制。
除了晶体结构，晶体中还存在一些缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是晶体中原子或离子位置的缺陷，如空位、空隙等。
线缺陷是晶体中原子或离子位置的缺陷，如缺陷线、螺旋线等。
面缺陷是晶体中晶面的缺陷，如晶界、孪晶等。
总之，晶体结构是化学竞赛中的一个重要知识点。
它涉及到晶体的组成、结构、性质等方面，对于理解物质的性质和变化过程具有重要意义。
同时，晶体结构的研究也为合成新材料、开发新技术提供了重要的理论基础。
化学竞赛晶体结构综合例题
晶体结构综合例题令狐采学一．有一立方晶系的离子晶体，其结构如右图所示，试回答：1．晶体所属的点阵形式及结构基元；2．已知rCs+＝169pm，rCl＝181pm，试问此两种离于联合组成了何种型式的密聚积；3．Cu2+处在何种空隙里？4．指出各离子的配位情况？解：1. 立方P，CaCsCl3 ;2.A1型（立方面心）聚积, Cs＋，Cl－离子半径年夜致相近;3. 八面体空隙中;4. Cu2＋周围Cl－配位数6，Cs＋配位数8；Cl－周围Cu2＋配位数2，Cs＋配位数4； Cs＋周围Cl－配位数12，Cu2＋配位数8。
二．黄铜矿是最重要的铜矿，全世界的2/3的铜是由它提炼的。
1．右图为黄铜矿的晶胞。
计算晶胞中各种原子的数目,写出黄铜矿的化学式;2．在高温下，黄铜矿晶体中的金属离子可以产生迁移。
若铁原子与铜原子产生完全无序的置换，可将它们视作同等的金属离子，请说出它的晶胞。
3．在无序的高温型结构中，硫原子作什么类型的聚积？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几多？4．计算黄铜矿晶体的密度; （晶胞参数：a=52.4pm ，c=103.0pm ；相对原子量：Cu63.5 Fe55.84 S32.06）。
解：1. 各种原子的数目Cu, Fe, S: 4, 4, 8; 黄铜矿的化学式CuFeS2 ;2. 它的晶胞与ZnS 晶胞相同；但金属离子随机性为50%;（如图）；3. 硫原子作A1型（立方F ）聚积;隙;该空隙被金属原子占据的分数1/2;4.容易计算黄铜矿晶体的密度 4.31g/cm3 . 三．冰晶石（Na3AlF6胞是以年夜阴离子（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，Al —F 键长181 pm ，相对原子质量：Na 23.0；Al 27.0；F 19.0。
1．指出AlF63－配离子中心离子的杂化轨道类型、配离子空间构型和所属分子点群。
高中化学竞赛-晶体结构,晶胞
高中化学奥林匹克竞赛辅导晶体结构【学习要求】晶胞中原子数或分子数的计算及化学式的关系（均摊法）。
分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。
配位数。
晶体的堆积与填隙模型。
常见的晶体结构类型，如NaCl 、CsCl 、闪锌矿(ZnS)、萤石(CaF 2)、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金红石、钙钛矿、钾、镁、铜等。
点阵的基本概念。
一、晶胞中粒子数目的计算——均摊法基本思路：晶胞任意位置上的一个微粒如果被n 个晶胞所共有，则每个晶胞对这个微粒分得的份额就是1n。
（1）立方体晶胞中不同位置的粒子数的计算：a.微粒位于立方体顶点，该微粒为8个晶胞所共有，则1/8微粒属于该晶胞；b.微粒位于立方体棱上，该微粒为4个晶胞所共有，则1/4微粒属于该晶胞；c.微粒位于立方体面上，该微粒为2个晶胞所共有，则1/2微粒属于该晶胞；d.微粒位于立方体内部，该微粒为1个晶胞所共有，则整个微粒属于该晶胞； 如NaCl 的晶胞结构如下：则由均摊法计算，一个NaCl 晶胞中含4个Na ＋，4个Cl －。
（2）非立方体晶胞中不同位置的粒子数的计算，如三棱柱：晶体结构离子的电子组态在一定程度上也会影响它的晶体结构，这三个性质综合起来还会决定离子键的共价性成分，后者过分强烈时，将使离子晶体转变为原子晶体，其间存在离子晶体到原子晶体的过渡型。
+－堆积方式简单立方堆积体心立方堆积面心立方最密堆积六方最密堆积四、原子晶体1.金刚石、晶体硅的结构：金刚石的晶体结构如下图所示，每个碳原子以sp3杂化与相邻的4个碳原子形成4个共价键，把晶体内所有的C原子连结成一个整体，形成空间网状结构，这种结构使金刚石具有很大的硬度和熔沸点。
由金刚石晶胞得，在一个金刚石晶胞中，含有8个C原子。
晶体硅具有金刚石型的结构。
只需将金刚石中的C原子换成Si原子即得到硅的结构。
常见的原子晶体有：金刚石(C)、晶体硅(Si)、SiO2、SiC、Si3N4、晶体硼(B)、晶体锗(Ge)、氮化硼(BN)等。
全国化学竞赛初赛讲义——晶体结构
全国化学竞赛初赛讲义——晶体结构一、晶体结构的概念和基本特点1.晶体结构的定义：晶体是由重复排列的原胞构成的固体。
2.晶体结构的基本特点：(1)有序性：晶体具有一定的有序性，原子、离子或分子排列有规律。
(2)三维性：晶体结构在三个维度上都有周期性重复性。
(3)稳定性：晶体结构对外界条件的变化具有较高的稳定性。
二、晶体结构的描述和表示方法1.晶胞：晶胞是由原胞重复平移所得到的一个最小重复单元，可以完全描述晶体的结构。
2.原胞：原胞是晶体中重复出现的、具有最简单结构的单元。
3.晶体参数：晶体参数包括晶胞的长度和夹角，用来描述晶体的形状和结构特征。
4.晶格：晶格是由原胞构成的、具有无限重复的空间点阵。
晶格可以用晶面和晶轴来表示。
三、晶体的结构类型和晶系分类1.结构类型：晶体的结构类型有离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体等。
2.晶系：晶系是根据晶格的对称性将晶体分为不同的类型。
晶系包括立方系、四方系、单斜系、正交系、斜方系、菱方系和三斜系。
四、晶体的基本结构单元1.离子晶体的基本结构单元是离子。
(1)离子晶体的特点：离子晶体由正、负离子通过电荷吸引力相互结合而成。
(2)离子晶体的类型：离子晶体包括简单离子晶体和复式离子晶体。
2.共价晶体的基本结构单元是原子。
(1)共价晶体的特点：共价晶体由共享电子键结合而成，键强较大。
(2)共价晶体的类型：共价晶体包括晶体分子、网络共价晶体和金刚石型晶体。
3.金属晶体的基本结构单元是金属离子。
(1)金属晶体的特点：金属晶体由金属阳离子和自由移动的电子云组成。
(2)金属晶体的类型：金属晶体包括简单金属晶体和合金。
4.分子晶体的基本结构单元是分子。
(1)分子晶体的特点：分子晶体由分子之间的相互作用力相互结合而成。
(2)分子晶体的类型：分子晶体包括极性分子晶体和非极性分子晶体。
五、晶体的性质与应用1.晶体的性质：晶体具有各向异性、光学性、热学性、电学性等特点。
2.晶体的应用：(1)光学应用：晶体在光学领域有着广泛的应用，如光学仪器、激光技术等。
高中化学晶体结构竞赛题
晶体结构竞赛题胡征善本专辑汇聚了多年省级和全国化学竞赛关于《晶体结构》的考题，有答案和详细的解析，对个别考题不详之处给出订正。
本专辑不仅是参加化学竞赛、高校自招考试必备的知识，也是高考选考《物质结构与性质》的考生在晶体结构方面提高解题技能夺取满分的保证！《晶体结构》省级初赛题1、2017年第23题：下图为Ge单晶的晶胞，已知晶胞参数a=565.76 pm，原子坐标参数M1为(0,0,0)，下列有关说法正确的是A.密度为8×73×107/(6.02×565.763)g/cm3B. M2(1/4,1/4,1/4)C. M3为(1/2,1/2,0)D. M4(1/2,1/2,0)2、2017年第33题：右图是X、Y两种元素化合物的六方晶胞图，X用小黑球表示，Y用大白球表示。
（1）试写出该化合物的化学式(用X、Y表示)。
（2）X占有Y围成的何类空隙中？空隙占有率是多少？（3）试写出X、Y单独存在时的堆积方式(X用小写英文字母表示，Y用大写英文字母表示)。
并写出该化合物晶体的堆积方式。
（4）试写出该晶体密度的表达式(晶胞参数用a pm，c pm表示。
M X与M Y表示X和Y的摩尔质量)。
（5）试写出该晶体的结构基元化学式并画出点阵形式。
3、2016年第33题：锂、铝和硅三元化合物中，铝原子以ccp型堆积，硅原子与铝原子以共价键连接。
锂原子占据铝原子围成的所有正八面体空隙。
（1）试画出该三元化合物晶体的晶胞图(Al：○，Si：●，Li：)（2）硅原子占有铝原子围成的何类空隙中？空隙占有率是多少？（3）已知晶胞参数为5.93Å，试求Si与Al之间的共价键键长和晶体的密度。
（4）试写出该化合物的化学式。
（5）指出该晶体的点阵型式。
4、2015年32题（16分）：下图是钠铊合金的立方晶系晶胞图，晶胞参数为a=7.488Å(1 Å = 10—10 m)。
（1）试写出该合金的化学式。
化学竞赛晶体结构模拟题
晶体结构化学命题人：XXX full mark：60 time：60min第一题（7分）.六方硫化锌，又名纤锌矿，是闪锌矿的一个同质多象变体，将闪锌矿加热后快速冷却就可变成纤锌矿。
1-1.其结构是S原子按hcp排列，Zn占据其中一半的四面体空隙形成。
试给出S 与Zn原子的坐标。
1-2.与之相似，NiAs的结构是As原子按hcp排列，Ni占据全部八面体空隙。
试给出As与Ni原子的坐标。
1-3.若以Ni为晶胞原点，请画出NiAs的一个晶胞。
第二题（7分）.氧化亚铁，是铁的氧化物之一。
其外观呈黑色粉末，化学式为FeO，由氧化态为II价的铁与氧共价结合。
它的矿物形式为方铁矿。
氧化亚铁经常容易与铁锈混淆，但铁锈的主要成分为水合氧化铁。
2-1.FeO可以在隔绝空气条件下加热草酸亚铁制得，给出化学方程式。
氧化亚铁属于非整比化合物，其中铁和氧元素的比例会发生变化，范围从Fe0.84O到Fe0.95O。
2-2.试推测出现非整比化合物的原因，并给出其价态化学式。
2-3.已知FeO晶体为NaCl型，且含有Fe4O10，即Koch原子簇，为满足电中性要求，每当形成一个Koch原子簇，就会形成六个Fe2+空缺，试给出其结构示意图。
第三题（10分）.尖晶石是镁铝氧化物组成的矿物，因为含有镁、铁、锌、锰等等元素，它们可分为很多种，如铝尖晶石、铁尖晶石、锌尖晶石、锰尖晶石、铬尖晶石等。
由于含有不同的元素，不同的尖晶石可以有不同的颜色，如镁尖晶石在红、蓝、绿、褐或无色之间；锌尖晶石则为暗绿色；铁尖晶石为黑色等。
尖晶石呈坚硬的玻璃状八面体或颗粒和块体。
它们出现在火成岩、花岗伟晶岩和变质石灰岩中。
有些透明且颜色漂亮的尖晶石可作为宝石，有些作为含铁的磁性材料。
3-1.给出尖晶石中Mg2+与Al3+的配位数3-2.已知其密度为3.57g/cm3，晶胞是a=8.09埃米的立方体，求单位晶胞中个原子的式量数。
3-3.尖晶石化学组成可表示为AB2O4，氧原子紧密堆积构成四面体空隙和八面体空隙。
高中化学竞赛——常见金属晶体的结构
高中化学竞赛——常见金属晶体的结构金属是一种特殊的物质，不像非金属那样具有明确的原子、分子结构，而是由大量的金属离子组成的。
金属晶体是由金属离子通过静电力相互吸引、排列而成的有序三维排列结构。
金属晶体具有许多独特的性质，如良好的导电性、导热性、延展性和机械性能等。
以下是几种常见金属的晶体结构的介绍。
1.面心立方结构（FCC）面心立方结构是一种常见的金属晶体结构，也称为充分面心立方结构。
在FCC晶体中，金属离子位于一个面心立方格子的顶点和面心上，形成四方紧密堆积的结构。
银（Ag）、铝（Al）、铜（Cu）和金（Au）都具有FCC结构。
2.体心立方结构（BCC）体心立方结构是另一种常见的金属晶体结构，也称为充分体心立方结构。
在BCC晶体中，金属离子位于一个体心立方格子的顶点和体心上，形成六方紧密堆积的结构。
铁（Fe）、钴（Co）、钨（W）和钠（Na）都具有BCC结构。
3.紧密堆积结构（HCP）紧密堆积结构是一种相对稳定的金属晶体结构。
在HCP晶体中，金属离子位于六方密排的顶点和六角面上，形成堆积的结构。
锌（Zn）、钛（Ti）和镁（Mg）都具有HCP结构。
4.单斜结构单斜结构是一种稀有的金属晶体结构，通常在少数金属中存在。
在单斜结构中，金属离子位于不同的位置上，形成不规则的结构。
例如，铬（Cr）和钽（Ta）具有单斜结构。
5.其他结构除了上述常见的金属晶体结构外，还存在一些特殊的金属晶体结构。
例如，钻石（C）具有金刚石结构，锌矿石（ZnS）具有闪锌矿结构。
这些结构更加复杂，但仍然是由金属离子有序排列而成的。
总结起来，金属晶体的结构多种多样，常见的包括面心立方结构、体心立方结构和紧密堆积结构。
每种结构都具有不同的特点和性质，这些特点和性质决定了金属的物理、化学性质和用途。
通过研究和了解金属晶体结构，可以更好地理解金属材料的性质和应用。
- 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、"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、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)。
晶体结构(2002年)3．(5分) 石墨晶体由如图(1)所示的C 原子平面层堆叠形成。
有一种常见的2H 型石墨以二层重复的堆叠方式构成，即若以A 、B 分别表示沿垂直于平面层方向(C 方向)堆叠的两个不同层次，它的堆叠方式为ABAB……。
图(2)为AB 两层的堆叠方式，O 和●分别表示A 层和B 层的C 原子。
⑴ 在图(2)中标明两个晶胞参数a 和b 。
⑵ 画出2H 型石墨晶胞的立体示意图，并指出晶胞类型。
3．(共5分)可有多种选取方式，其中一种方式如下图所示：(2) 请自行设计两个实验(简单说明实验操作和实验现象)来验证Ba 2+确实能使平衡向左移动。
(2002年)8．(9分)有一离子晶体经测定属立方晶系，晶胞参数a ＝?(1?=10－8cm)，晶胞的顶点位置为Mg 2+，体心位置为K +，所有棱边中点为F －。
⑴ 该晶体的化学组成是 ；⑵ 晶胞类型是 ；⑶ Mg 2+的F －配位数是 ，K +的F －配位数是 ；⑷ 该晶体的理论密度是 g·cm －3。
⑸ 设晶体中正离子和负离子互相接触，已知F －的离子半径为?，试估计Mg 2+的离子半径是 ?，K +的离子半径是 ?。
8．(共9分)⑴ MgKF 3 (2分)⑵ 简单立方晶胞 (1分)⑶ 6 (1分) 12 (1分)⑷ 3.12 g·cm －3 (2 分)⑸ ? (1 分) ? (1 分)(2002年)11．(4分)NiO 晶体为NaCl 型结构，将它在氧气中加热，部分Ni 2+被氧化为Ni 3+，晶体结构产生镍离子缺位的缺陷，其组成成为Ni x O(x<1)，但晶体仍保持电中性。
经测定Ni x O 的立方晶胞参数a=?，密度为6.47g·cm －3。
⑴ x 的值(精确到两位有效数字)为 ；写出标明Ni 的价态的Ni x O 晶体的化学式 。
⑵ 在Ni x O 晶体中Ni 占据 空隙，占有率是 。
11．(共4分)⑴ (1分) O Ni Ni ++316.0276.0 (1分) [或Ni(Ⅱ)(Ⅲ)]⑵ 八面体 (1分) 92％ (1分)(2003年)第6题(共8分)⑴ 两种铜溴配合物晶体中的一维聚合链结构的投影图 (其中部分原子给出标记)如下。
①分别指出两种结构的结构基元由几个Cu 原子和几个Br 原子组成：图 ⑴ 为 个Cu 原子，Br 原子；图 ⑵ 为 个Cu 原子， 个Br 原子。
② 用笔在图中圈出相应的一结构基元。
⑵图⑶是由氯苯分子构成的平面点阵结构。
① 在图中标出一个正当单位来，并标明两个基本向量a ω和b ϖ；② 指出正当单位的组成 (内容)；③ 指出这种平面格子的正当单位的形式。
6. (共8分)⑴①6 12 …………………………(1分)2 4 …………………………(1分)②结构基元如图中实线或虚线所围，也可另取。
(2分)图1 图2⑵ ①此结构的正当单位和基本向量如下图所示。
(可有各种不同取法，但形式不变。
) ……………(2分)② 图(3)所示结构的正当单位由两个取向相反的氯苯分子构成。
…………………… (1分) ③矩形P 格子…………………………………… (1分)(2003年)第12题 (共9分)甲烷水合物(nCH 4 · 46H 2O)是一种具有重要经济价值的化合物，在海洋深处蕴藏量非常大，是未来的重要能源之一。
它的晶体结构可看作由五角十二面体[512]和十四面体[51262]共面连接堆积形成。
在立方晶胞中，[512]的中心处在顶角和体心位置；[51262]中心位置坐标为(0，1/4，1/2)、(0，3/4，1/2)、(1/2，0，1/4)、(1/2，0，3/4)、(1/4，1/2，0)、(3/4，1/2，0)共计6个。
它们彼此共用六角形面连成柱体，再和五角十二面体共面连接。
右图所示为甲烷水合物中水骨架的结构。
⑴ CH 4分子由于体积较小，可包合在这两种多面体中，若全部充满时，确定晶胞的组成(即n 值) 。
⑵ 已知该晶胞参数a = 1180 pm ，计算1 m 3甲烷水合物晶体中可释放CH 4的体积 (标准状况下)。
⑶ 有的文献中报导开采1 m 3的甲烷水合物晶体可得到164 m 3的甲烷气体，请将此文献值与(2)的计算结果比较，并给出合理的解释。
12. (共9分)⑴ 8CH 4·46H 2O 或n = 8 ………………………(3分)⑵ 按晶体的理想组成和晶胞参数，可算得晶胞体积V 和晶胞中包含CH 4的物质的量n (CH 4)： V (晶胞) = a 3 = (1180 pm)3 =×l09pm 3 = ×1027-m 3 n (CH 4)= 1231002.68-⨯mol=×1023- mol 1 m 3甲烷水合物晶体中含CH 4的物质的量为：n =32731064.11mm -⨯××1023- mol = ×103 mol 它相当于标准状态下的甲烷气体体积：V= ×103××103-m 3=182 m 3…………(4分)⑶ 文献报导值比实际值小，说明甲烷分子在笼形多面体中并未完全充满，即由于它的晶体中CH 4没有达到理想的全充满的结构。
(实际上甲烷水合物晶体结构形成时，并不要求[512]全部都充满CH 4分子。
它的实际组成往往介于6CH 4 · 46H 2O 和8CH 4 · 46H 2O 之间。
) …(2分)(2004年)第5题(共10分)长期以来人们一直认为金刚石是最硬的物质，但这种神话现在正在被打破。
1990年美国伯克利大学的A ．Y ．Liu 和M ．L ．Cohen 在国际着名期刊上发表论文，在理论上预言了一种自然界并不存在的物质β－C 3N 4，理论计算表明，这种C 3N 4物质比金刚石的硬度还大，不仅如此，这种物质还可用作蓝紫激光材料，并有可能是一种性能优异的非线性光学材料。
这篇论文发表以后，在世界科学领域引起了很大的轰动，并引发了材料界争相合成β－C 3N 4的热潮，虽然大块的β－C 3N 4晶体至今尚未合成出来，但含有β－C 3N 4晶粒的薄膜材料已经制备成功并验证了理论预测的正确性，这比材料本身更具重大意义。
其晶体结构见图1和图2。
⑴ 请分析β－C 3N 4晶体中，C 原子和N 原子的杂化类型以及它们在晶体中的成键情况： ；⑵ 请在图1中画出β－C 3N 4的一个结构基元，该结构基元包括 个碳原子和 个氮原子； ⑶ 实验测试表明，β－C 3N 4晶体属于六方晶系，晶胞结构见图2(图示原子都包含在晶胞内)，晶胞参数a=，c=，请列式计算其晶体密度。
ρ= ；⑷ 试简要分析β－C 3N 4比金刚石硬度大的原因(已知金刚石的密度为3.51g·cm －3)。
5．(共10分)⑴ β－C 3N 4晶体中，C 原子采取sp 3杂化，N 原子采取sp 2杂化；1个C 原子与4个处于四面体顶点的N 原子形成共价键，1个N 原子与3个C 原子在一个近似的平面上以共价键连接 (2分)⑵ ⑶ 从图2可以看出，一个β－C 3N 4晶胞包括6个C 原子和8个N 原子，其晶体密度为：3727236.3]1024.060sin )1064.0[(1002.6814612---⋅=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=cm g ορ (2分) ⑷ β－C 3N 4比金刚石硬度大，主要是因为：①在β－C 3N 4晶体中，C 原子采取sp 3杂化，N 原子采取sp 2杂化，C 原子和N 原子间形成很强的共价键；②C 原子和N 原子间通过共价键形成网状结构；③密度计算结果显示，β－C 3N 4的密度大于金刚石，即β－C 3N 4，晶体中原子采取更紧密的堆积方式，说明原子间的共价键长很短而有很强的键合力(3分)(2004年)第11题(共9分)BaTiO 3是一种重要的无机功能材料，工业上常用以下方法制得：将BaCl 2、TiCl 4、H 2O 和H 2C 2O 4混合反应后，经洗涤、干燥后得一组成为Ba ％、Ti ％、C ％、H ％的白色粉末A ，进一步热分解A 即可得BaTiO 3。
用热分析仪测定A 的热解过程，得下图所示的质量—温度关系曲线：图中400K 、600K 和900K 时对应的样品的质量分别为、和试回答：⑴ A 的化学式为 ；⑵ 在600K 时样品的组成为 ；⑶ 晶体结构分析表明，BaTiO 3为立方晶体，晶胞参数a=?，一个晶胞中含有一个BaTiO 3‘‘分子”。
画出BaTiO 3的晶胞结构示意图，分别指出Ba 2+、Ti(IV)、O 2－三种离子所处的位置及其配位情况。
11．(共9分)⑴ BaTiO (C 2O 4)2·4H 2O (2分)⑵ 21BaTi 2O 5+21BaCO 3(2分) ⑶Ba 2+：12个O 2－形成的多面体 (1分)Ti(Ⅳ)：6个O 2－形成的八面体 (1分)，O 2－：2个Ti(Ⅳ)和4个Ba 2+形成的八面体 (1分)(2005年)第6题 (共4分)铌酸锂(LiNbO 3)是性能优异的非线性光学晶体材料，有多种性能，用途广泛，在滤波器、光波导、表面声波、传感器、Q －开关以及激光倍频等领域都有重要的应用价值，因而是一种重要的国防、工业、科研和民用晶体材料。
铌酸锂的优异性能与它的晶体结构是密不可分的，单晶X －射线衍射测试表明，铌酸锂属三方晶系，晶胞参数a=b=?，c=?；密度为4.64g/cm 3沿着c 轴方向的投影见下图，其中Li 和Nb 原子投影重合，它们处于氧原子投影的六边形中心。
⑴ 请在下图表示的二维晶体结构上画出一个结构基元。
⑵ 假设下图是某新型晶体材料LiNbA 2沿c 轴的投影图(A 原子取代氧的位置)，在这种晶体中，沿a 方向两层Nb 原子之间夹着两层A 原子和一层Li 原子。
请写出这种新型晶体材料的晶胞类型，并画出它的一个三维晶胞的透视图。
6．(共4分)⑴（2分） ⑵ 简单六方晶胞（2分）(2005年)第12题 (共11分)2005年1月美国科学家在Science 上发表论文，宣布发现了Al 的超原子结构，并预言其他金属原子也可能存在类似的结构，这是一项将对化学、物理以及材料领域产生重大影响的发现，引起了科学界的广泛关注。
这种超原子是在Al 的碘化物中发现的，以13个Al 原子或14个Al 原子形成Al 13或Al 14超原子结构，量子化学计算结果表明，Al 13形成12个Al 在表面，1个Al 在中心的三角二十面体结构，Al 14可以看作是一个Al 原子跟Al 13面上的一个三角形的3个Al 形成Al —Al 键而获得的。
文章还指出，Al l3和Al l4超原子都是具有40个价电子时最稳定。