江蘇省濱?？h明達(dá)中學(xué)高中化學(xué) 奧賽輔導(dǎo)專題訓(xùn)練六 晶體結(jié)構(gòu).doc

江蘇省濱海縣明達(dá)中學(xué)2014-2015學(xué)年高中化學(xué) 奧賽輔導(dǎo)專題訓(xùn)練六 晶體結(jié)構(gòu)1、硼酸晶體是一種層狀結(jié)構(gòu)的分子晶體，在晶體的一層之內(nèi)，硼酸分子通過(guò) 連結(jié)成巨大的平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而層與層之間則是通過(guò) 結(jié)合的。2、固體五氯化磷是由陽(yáng)離子和陰離子形成的離子化合物（但其蒸氣卻是分子化合物），則固體中兩種離子的構(gòu)型分別為 、 。3、最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如右圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式是_ _。4、1mol氣態(tài)鈉離子和1mol氣態(tài)氯離子結(jié)合生成1mol氯化鈉晶體所釋放出的熱能為氯化鈉晶體的晶格能。（1）下列熱化學(xué)方程式中，能直接表示出氯化鈉晶體晶格能的是 。ana（g）cl（g）nacl（s） hbna（s）1/2cl2（g）nacl（s） h1cna（s）na（g） h2dna（g）ena（g） h3e1/2cl2（g）cl（g） h4fcl（g）e cl（g） h5（2）寫(xiě)出h1與h2、h3、h4、h5之間的關(guān)系式 。5、石英平面結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)石英的平面結(jié)構(gòu)圖分析石英晶體的化學(xué)式？在石英晶體中，每個(gè)si原子獨(dú)有多少個(gè)sio鍵，由此分析n mol 石英晶體中約含多少摩sio鍵？石英的晶體結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)為：在晶體硅的sisi鍵之間插入o原子。請(qǐng)想象石英的空間結(jié)構(gòu)思考構(gòu)成一個(gè)最小的環(huán)需多少個(gè)原子？以si原子為中心的sio鍵之間的鍵角為多少度？原硅酸根離子sio的結(jié)構(gòu)如圖2所示。二聚硅酸根離子si2o，只有硅氧鍵，它的結(jié)構(gòu)如何表示？ 6、觀察干冰的晶胞結(jié)構(gòu)，計(jì)算每個(gè)晶胞中含有co2分子的個(gè)數(shù)？在干冰晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)co2分子周圍與之最近且等距離co2分子的個(gè)數(shù)？ 8、晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元都是由硼原子組成的正二十面體，其中含有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂角各有一個(gè)硼原子，如圖所示?；卮穑海?）鍵角 _ ；（2）晶體硼中的硼原子數(shù)_個(gè)；（3）bb鍵_條？9、c70分子是形如橢球狀的多面體，該結(jié)構(gòu)的建立基于以下考慮：（1）c70分子中每個(gè)碳原子只跟相鄰的3個(gè)碳原子形成化學(xué)鍵；（2）c70分子中只含有五邊形和六邊形；（3）多面體的頂點(diǎn)數(shù)、面數(shù)和棱邊數(shù)的關(guān)系遵循歐拉定理：頂點(diǎn)數(shù) + 面數(shù)棱邊數(shù)= 2。根據(jù)以上所述確定：（1）c70分子中所含的單鍵數(shù)和雙鍵數(shù)；（2）c70分子中的五邊形和六邊形各有多少個(gè)？10、已知fe x o晶體的晶胞結(jié)構(gòu)為nacl型，由于晶體缺陷，x的值小于1。測(cè)知fe x o晶體密度為5.71gcm3，晶胞邊長(zhǎng)為4.281010m（鐵原子量為55.9，氧原子量為16.0）。求：（1）fexo中x的值（精確至0.01）。（2）晶體中的fe分別為fe2+ 和fe3+，在fe2+ 和fe3+ 的總數(shù)中，fe2+所占分?jǐn)?shù)為多少？（精確至0.001。）（3）寫(xiě)出此晶體的化學(xué)式。（4）描述fe在此晶體中占據(jù)空隙的幾何形狀（即與o2 距離最近且等距離的鐵離子圍成的空間形狀）。（5）在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為多少？11、最近發(fā)現(xiàn)，只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導(dǎo)性。鑒于這三種元素都是常見(jiàn)元素，從而引起廣泛關(guān)注。該晶體的結(jié)構(gòu)可看作由鎂原子和鎳原子在一起進(jìn)行（面心）立方最密堆積（ccp），它們的排列有序，沒(méi)有相互代換的現(xiàn)象（即沒(méi)有平均原子或統(tǒng)計(jì)原子），它們構(gòu)成兩種八面體空隙，一種由鎳原子構(gòu)成，另一種由鎳原子和鎂原子一起構(gòu)成，兩種八面體的數(shù)量比是13，碳原子只填充在鎳原子構(gòu)成的八面體空隙中。（1）畫(huà)出該新型超導(dǎo)材料的一個(gè)晶胞（碳原子用小球，鎳原子用大球，鎂原子用大球）。（2）寫(xiě)出該新型超導(dǎo)材料的化學(xué)式。12、某同學(xué)在學(xué)習(xí)等徑球最密堆積（立方最密堆積a1和六方最密堆積a3）后，提出了另一種最密堆積形式ax 。如右圖所示為ax 堆積的片層形式，然后第二層就堆積在第一層的空隙上。請(qǐng)根據(jù)ax 的堆積形式回答：（1）計(jì)算在片層結(jié)構(gòu)中（如右圖所示）球數(shù)、空隙數(shù)和切點(diǎn)數(shù)之比 （2）在ax 堆積中將會(huì)形成正八面體空隙和正四面體空隙。請(qǐng)?jiān)谄瑢訄D中畫(huà)出正八面體空隙（用表示）和正四面體空隙（用表示）的投影，并確定球數(shù)、正八面體空隙數(shù)和正四面體空隙數(shù)之比 （3）指出ax 堆積中小球的配位數(shù) （4）計(jì)算ax 堆積的原子空間利用率。（5）計(jì)算正八面體和正四面體空隙半徑（可填充小球的最大半徑，設(shè)等徑小球的半徑為r）。（6）已知金屬ni晶體結(jié)構(gòu)為ax 堆積形式，ni原子半徑為124.6 pm，計(jì)算金屬ni的密度。（ni的相對(duì)原子質(zhì)量為58.70）（7）如果cuh 晶體中cu的堆積形式為ax 型，h 填充在空隙中，且配位數(shù)是4。則h 填充的是哪一類空隙，占有率是多少？（8）當(dāng)該同學(xué)將這種ax 堆積形式告訴老師時(shí)，老師說(shuō)ax 就是a1或a3的某一種。你認(rèn)為是哪一種，為什么？13、石墨晶體由層狀石墨“分子”按abab方式堆積而成，如右圖所示，圖中用虛線標(biāo)出了石墨的一個(gè)六方晶胞。（1）該晶胞的碳原子個(gè)數(shù) 。（2）寫(xiě)出晶胞內(nèi)各碳的原子坐標(biāo)。 （3）已知石墨的層間距為334.8 pm，cc鍵長(zhǎng)為142 pm，計(jì)算石墨晶體的密度為 。石墨可用作鋰離子電池的負(fù)極材料，充電時(shí)發(fā)生下述反應(yīng)：li1xc6x lix e lic6 其結(jié)果是，li嵌入石墨的a、b層間，導(dǎo)致石墨的層堆積方式發(fā)生改變，形成化學(xué)式為lic6的嵌入化合物。（4）右圖給出了一個(gè)li沿c軸投影在a層上的位置，試在右圖上標(biāo)出與該離子臨近的其他6個(gè)li的投影位置。（5）在lic6中，li與相鄰石墨六元環(huán)的作用力屬何種鍵型？ （6）某石墨嵌入化合物每個(gè)六元環(huán)都對(duì)應(yīng)一個(gè)li，寫(xiě)出它的化學(xué)式。 專題六 參考答案：1、氫鍵，范德華力 2、正四面體，正八面體 3、ti14c134、（1）a或h （2）h1hh2h3h4h55、在石英晶體中每個(gè)si原子通過(guò)sio極性鍵與4個(gè)o原子作用，而每個(gè)o原子也通過(guò)sio極性鍵與2個(gè)si原子作用，故在石英晶體中si原子與o原子的原子個(gè)數(shù)比為12，可用“sio2”來(lái)表示石英的組成。在石英晶體中，每個(gè)si原子獨(dú)有4個(gè)si o鍵，n molsio2中含有n molsi原子，故約含4n molsio鍵。從石英晶體的空間結(jié)構(gòu)分析：構(gòu)成一個(gè)最小的環(huán)需12個(gè)原子。以si原子為中心的sio鍵之間的鍵角為10928。6、4，12 7、11；c2d；ef；xy3z 8、（1）60度； （2）12； （3）309、（1）單鍵數(shù)：70；雙鍵數(shù)：35（2）設(shè)c70分子中五邊形數(shù)為x個(gè)，六邊形數(shù)為y個(gè)。依題意可得方程組：1/2（5x + 6y）= 1/2（370）（鍵數(shù)，即棱邊數(shù)）70+（x + y）1/2（370）= 2（歐拉定理）解得：五邊形數(shù)x = 12，六邊形數(shù)y = 2510、（1）0.92 （2）0.826 （3）fe2+0.76fe3+0.16 （4）正八面體 （5）3.031010 m提示：（1）由nacl晶胞結(jié)構(gòu)可知，1mol nacl晶胞中含有4 mol nacl，故在fe x o晶體中1mol fe x o晶胞中含有4 mol fe x o。設(shè)fe x o的摩爾質(zhì)量為m gmol1，晶胞的體積為v。則有：4m = vn0，代入數(shù)據(jù)解得m = 67.4 gmol1, 則x = 0.92。（2）設(shè)fe2+ 為y個(gè)，fe3+ 則為（0.92y）個(gè)，由正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零可得：2y + 3（0.92y）= 2，則y = 0.76（3）由于fe2+ 為0.76，則fe3+ 為（0.92-0.76）= 0.16，故化學(xué)式為fe2+0.76fe3+0.16（4）與o2 距離最近且等距離的鐵離子有6個(gè)， 這6個(gè)鐵離子所圍成的幾何形狀如圖所示：由圖可知fe在晶體中占據(jù)空隙的幾何形狀為正八面體。（5）晶體中fefe最短距離r =晶胞邊長(zhǎng) = .031010 m。11、（1）（4）74.05% 以4個(gè)相鄰小球中心構(gòu)成底面，空隙上小球的中心為上底面的中心構(gòu)成正四棱柱，設(shè)小球半徑為r，則正四棱柱邊長(zhǎng)為2 r，高為r，共包括1個(gè)小球（4個(gè)1/4，1個(gè)1/2），空間利用率為 （5）正八面體空隙為0.414 r，正四面體空隙為0.225 r。（6）8.91g/cm3 根據(jù)第（4）題，正四棱柱質(zhì)量為58.70 / na g，體積為1.0941023cm3。（7）h 填充在正四面體空隙，占有率為50% 正四面體為4配位，正八面體為6配位，且正四面體空隙數(shù)為小球數(shù)的2倍。（8）ax 就是a1，取一個(gè)中心小球周圍的4個(gè)小球的中心為頂點(diǎn)構(gòu)成正方形，然后上面再取兩層，就是頂點(diǎn)面心的堆積形式。底面一層和第三層中心小球是面心，周圍四小球是頂點(diǎn)，第二層四小球（四個(gè)空隙上）是側(cè)面心。 也可以以相鄰四小球?yàn)檎叫芜叺闹悬c(diǎn)（頂點(diǎn)為正八面體空隙），再取兩層，構(gòu)成與上面同樣大小的正方體，