奥赛晶体结构试题

结构化学试卷

1 已经探明，我国南海跟世界上许多海域一样，海底有极其丰富的甲烷资源。其总量超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。据报导，这些蕴藏在海底的甲烷是高压下形成的固体，是外观像冰的甲烷水合物。如图是甲

烷水合物的一个晶胞，它是一个立方晶胞，由A, B

两种H2O配位多面体组成，它们都是共面连接。

A 处于顶点和体心，B处于(1/4,1/2,0), (3/4,1/2,0), ….

位置；CH4处于配位多面体中心。

（1）一个晶胞中有2 个A，它为12 面体；

（2）一个晶胞中有6 个B，它为14 面体；

（3）若每个配位多面体占有一个CH4分子，那么

一个晶胞中有8 个CH4，46 个H2O 。

（4）晶胞参数为1180pm, 那么1 m3甲烷水合物

含有130 kg 甲烷。

二硼的化学（15分，每空1分）

1 晶体硼是由单个硼原子和B正二十面体基本结构单元共同组成。晶胞参数a=b=875.6pm, c=507.8pm, 密度为2.310g/cm3 ; 晶胞投影图如下（单个硼原子未画出）。

(1) 这个基本结构单元是由12 个硼原子组成；

键角是60 度；共含有30 个B－B键。

(2) 在每个B－B键长的三分之一处切掉所有的硼

原子，形成的是32 面体。如果在此新形成的多面

体的每个顶点上换上碳原子，就是一种新的微粒，其

化学式为C60 。

（3）晶胞点阵形式为四方P ，结构基元为

4B12和2B ；特征对称元素为四重轴或四重方轴。

三储氢材料（18分，每空1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，LaNix是一种储氢材料,晶体结构已经测定，属六方晶系，晶胞参数a=511 pm, c＝397 pm, 晶体结构如图所示。

（1）每个晶胞中含有 1 个La原子

和 5 个Ni原子。

（2）从晶体环境而言，晶胞中含有

1 种La原子和 5 Ni原子。

（3）从数量上说，晶胞中各原子之间的距离L

共有8 种；最小的L La-La值为397pm ; 最小的

L La-Ni值为295.03pm ;最小的L Ni-Ni值为226.19pm ;。

（4）La原子半径为181.94pm 、Ni原子半径为113.09pm 。

（5）La有18 个Ni原子配位，Ni的配位情况有2 种，平均配位数为 3.6 。

（6）晶胞体积为89.7×10-24 cm3。

（7）晶胞中含有12面体空隙 1 个，八面体空隙 3 个和四面体空隙16个。

（8）研究表明，只有由La、Ni两种金属原子共同组成的空隙才能储存氢气，若一个晶胞中只有8个空隙能储存氢气，每个空隙填人1个H原子，该储氢材料吸氢后氢的密度，是标准状态下氢气密度(8.987× 10-5 g·m-3)的1662 倍。

（氢的相对原子质量为1.008；光速c为2．998×108m·s-1；忽略吸氢前后晶胞的体积变化）。

四（9分，每小题1分）我们地球的物质世界里的周期系是根据4个量子数建立的，如果在另一个星球，那里的周期系也是由4个量子数建立的，但它们的关系为n＝1，2，3，……；l＝0，±1，±2，…，±(n－1)；m l＝0，1，2，…，l－1；m s＝±1/2。如果在地球上的基本原理在这个星球上也是适用的（但不发生能级交错现象），回答下列问题：

（1）这个星球中第一、二、三、四、五、六层各有几个亚层？

1、3、5、7、9、11

（2）这个星球中s、p、d、f、g、h亚层各有几个轨道？

1、2、3、4、5、6

（3）这个星球中第一、二、三、四、五、…、n层各有几种元素？

2、12、30、56、90 …、2n(2n－1)

（4）写出9、33号元素的价电子构型；

1s22s22p22d31s22s22p42d63s23p43d63f7

（5）写出前112号元素电负性最大和最小的元素的原子序数；

13 101

（6）写出第二周期中可能的杂化轨道。

sp、sp2、sp2d、sp2d、sp2d2、sp2d3、pd、pd2、pd3、p2d、p2d2、p2d3（7）在这个星球中的有机化学是最可能以哪一种原子序数元素为基础的？

8

（8）在这个星球中，有哪些规则和地球上所用的8电子和18电子规则相当？

12、30

（9）如果这个星球中每个轨道只容纳1个电子（m s＝1/2），其它量子数和基本原理不变，写出前100号元素的稀有气体的原子序数。

2、11、31、66

五（13分，每空1分）近来，碳的多晶体（特别是富勒烯，当然也包括石墨）的性质再次引起研究者的关注，因为它们在金属原子配合物中可以作为大配体，并使金属原子配合物具有不同寻常的电物理性能。石墨与金属K蒸气在高压下相互作用，形成了分子式为KC6的新化合物。这些化合物具有层状结构，层与层间原子的排列方式是：一层中的碳原子恰好位于另一层中的碳原子之上；而金属原子位于层之间、六棱柱中心处；层间距为560pm；K 的原子半径为235pm,离子半径为133pm.。已知纯净石墨的层间距是334pm，而在同一层中的碳原子间的距离等于141pm。

（1）计算在这化合物中，K的状态是中性原子时，层间距为753 pm；K的状态是阳离

子时，层间距是530 pm ；与实验值相比，在这化合物中，K的状态是阳离子。

（2）由K原子所占据的碳原子构建的六棱柱的数目是六棱柱总数的1/3 .

（3）这些化合物的导电性强于石墨是由于自由电子增多。

（4）另有一种石墨化合物C32K，其分布类似，则最近两个K原子之间的距离为石墨键长的4 倍。

（5）在石墨中具有三种不同的作用力，除了共价键，还有范德华力；可以解释石墨的滑腻感；和离域π键，可以解释导电、传热的性质；

（6）石墨的化学式可以写成(C2)n，它的等电子体白石墨的化学式为(BN)n ；

（7）正象石墨在高温高压下可转化成金刚石结构一样，白石墨在5×106～9×106kPa和1500～1800K下能转变为和ZnS相似的结构，称金刚硼，据测试其硬度大于金刚石；

（8）白石墨是电的绝缘体。

六（6分，每小题2分）1984年，联邦德国达姆施塔特重离子研究机构阿姆布鲁斯特和明岑贝格等人在重离子加速器上用58Fe离子轰击208Pb靶时发现了265X。

（1）X的元素符号是Hs ，X最高价氧化物的化学式是HsO4。

（2）用元素符号并在左上角和左下角分别标注其质量数和质子数，写出合成X的核反应方程式（方程式涉及的其他符号请按常规书写）。

58

26Fe＋208

82Pb→

265

108Hs＋

1

0n

（3）最近有人用高能26Mg核轰击248Cm核，发生核合成反应，得到X的另一种同位素；然后释放出α粒子，得到质量数为265的另一种核素。分别写出核反应方程式。

26 12Mg＋248

96

Cm→269

108

Hs＋51

n 269

108

Hs→265

106

Sg＋4

2

He

七（5分）某二元离子晶体配位多面体示意图如右，若离子的元素符号用X,Y 表示。

（1）画出晶胞示意图；

（2）写出晶胞中离子的分数坐标；

（3）写出结构基元；

（1）晶胞示意图如右图；

（2）分数坐标为X (0,0,0);

Y (2/3,1/3,1/3); (1/3,2/3,2/3)

（3）XY2