高中化学奥林匹克竞赛专题练习专题六晶体结构

世纪金榜圆您梦想页（共7页）____________________________________________________________山东世纪金榜书业有限公司专题六晶体结构学号姓名得分1、硼酸晶体是一种层状结构的分子晶体，在晶体的一层之内，硼酸分子通过连结成巨大的平面网状结构，而层与层之间则是通过结合的。2、固体五氯化磷是由阳离子PCl4和阴离子PCl6形成的离子化合物（但其蒸气却是分子化合物），则固体中两种离子的构型分别为、。3、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______。4、1mol气态钠离子和1mol气态氯离子结合生成1mol氯化钠晶体所释放出的热能为氯化钠晶体的晶格能。（1）下列热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶体晶格能的是。A．Na＋（g）＋Cl－（g）＝NaCl（s）ΔHB．Na（s）＋1/2Cl2（g）＝NaCl（s）ΔH1C．Na（s）＝Na（g）ΔH2D．Na（g）－e－＝Na＋（g）ΔH3E．1/2Cl2（g）＝Cl（g）ΔH4F．Cl（g）＋e－＝Cl－（g）ΔH5（2）写出ΔH1与ΔH2、ΔH3、ΔH4、ΔH5之间的关系式。5、石英平面结构如图1所示。根据石英的平面结构图分析石英晶体的化学式？在石英晶体中，每个Si原子独有多少个Si—O键，由此分析nmol石英晶体中约含多少摩Si—O键？石英的晶体结构空间结构为：在晶体硅的Si—Si键之间插入O原子。请想象石英的空间结构思考构成一个最小的环需多少个原子？以Si原子为中心的Si—O键之间的键角为多少度？原硅酸根离子SiO44的结构如图2所示。二聚硅酸根离子Si2O46，只有硅氧键，它的结构如何表示？世纪金榜圆您梦想页（共7页）____________________________________________________________山东世纪金榜书业有限公司6、观察干冰的晶胞结构，计算每个晶胞中含有CO2分子的个数？在干冰晶体结构中，每个CO2分子周围与之最近且等距离CO2分子的个数？7、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如图所示），可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为_______；乙晶体的化学式为_________；丙晶体的化学式为_____________；丁晶体的化学式为_______________。8、晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体，其中含有20个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角各有一个硼原子，如图所示。回答：（1）键角____________；（2）晶体硼中的硼原子数______________个；世纪金榜圆您梦想页（共7页）____________________________________________________________山东世纪金榜书业有限公司（3）B–B键_____________条？9、C70分子是形如椭球状的多面体，该结构的建立基于以下考虑：（1）C70分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；（2）C70分子中只含有五边形和六边形；（3）多面体的顶点数、面数和棱边数的关系遵循欧拉定理：顶点数+面数－棱边数=2。根据以上所述确定：（1）C70分子中所含的单键数和双键数；（2）C70分子中的五边形和六边形各有多少个？10、已知FexO晶体的晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x的值小于1。测知FexO晶体密度ρ为5.71g·cm–3，晶胞边长为4.28×10–10m（铁原子量为55.9，氧原子量为16.0）。求：（1）FexO中x的值（精确至0.01）。（2）晶体中的Fe分别为Fe2+和Fe3+，在Fe2+和Fe3+的总数中，Fe2+所占分数为多少？（精确至0.001。）（3）写出此晶体的化学式。（4）描述Fe在此晶体中占据空隙的几何形状（即与O2–距离最近且等距离的铁离子围成的空间形状）。（5）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为多少？11、最近发现，只含镁、镍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镍原子在一起进行（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，一种由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子一起构成，两种八面体的数量比是1︰3，碳原子只填充在镍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，镍原子用大○球，镁原子用大球）。（2）写出该新型超导材料的化学式。12、某同学在学习等径球最密堆积（立方最密堆积A1和六方最密堆积A3）后，提出了另一种最密堆积形式Ax。如右图所示为Ax堆积的片层形式，然后第二层就堆积在第一层的空隙上。请根据Ax的堆积形式回答：（1）计算在片层结构中（如右图所示）球数、空隙数和切点数之比（2）在Ax堆积中将会形成正八面体空隙和正四面体空隙。请在片层图中画出正八面体空隙（用·表示）和正四面体空隙（用×表示）的投影，世纪金榜圆您梦想页（共7页）____________________________________________________________山东世纪金榜书业有限公司并确定球数、正八面体空隙数和正四面体空隙数之比（3）指出Ax堆积中小球的配位数（4）计算Ax堆积的原子空间利用率。（5）计算正八面体和正四面体空隙半径（可填充小球的最大半径，设等径小球的半径为r）。（6）已知金属Ni晶体结构为Ax堆积形式，Ni原子半径为124.6pm，计算金属Ni的密度。（Ni的相对原子质量为58.70）（7）如果CuH晶体中Cu＋的堆积形式为Ax型，H－填充在空隙中，且配位数是4。则H－填充的是哪一类空隙，占有率是多少？（8）当该同学将这种Ax堆积形式告诉老师时，老师说Ax就是A1或A3的某一种。你认为是哪一种，为什么？13、石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成，如右图所示，图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。（1）该晶胞的碳原子个数。（2）写出晶胞内各碳的原子坐标。（3）已知石墨的层间距为334.8pm，C－C键长为142pm，计算石墨晶体的密度为。石墨可用作锂离子电池的负极材料，充电时发生下述反应：Li1－xC6＋xLi＋＋xe－→LiC6其结果是，Li＋嵌入石墨的A、B层间，导致石墨的层堆积方式发生改变，形成化学式为LiC6的嵌入化合物。（4）右图给出了一个Li＋沿C轴投影在A层上的位置，试在右图上标出与该离子临近的其他6个Li＋的投影位置。（5）在LiC6中，Li＋与相邻石墨六元环的作用力属何种键型？（6）某石墨嵌入化合物每个六元环都对应一个Li＋，写出它的化学式。锂离子电池的正极材料为层状结构的LiNiO2。已知LiNiO2中Li＋和Ni3＋均处于氧离子组成的正八面体体心位置，但处于不同层中。（7）将化学计量的NiO和LiOH在空气中加热到770℃可得LiNiO2，试写出反应方程式。（8）写出LiNiO2正极的充电反应方程式。（9）锂离子完全脱嵌时LiNiO2的层状结构会变得不稳定，用铝取代部分镍形成LiNi1－yAlyO2。可防止理离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用，为什么？世纪金榜圆您梦想页（共7页）____________________________________________________________山东世纪金榜书业有限公司专题六参考答案：1、氢键，范德华力2、正四面体，正八面体3、Ti14C134、（1）A或ΔH（2）ΔH1＝ΔH＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH55、在石英晶体中每个Si原子通过Si–O极性键与4个O原子作用，而每个O原子也通过Si–O极性键与2个Si原子作用，故在石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1︰2，可用“SiO2”来表示石英的组成。在石英晶体中，每个Si原子独有4个SiO键，nmolSiO2中含有nmolSi原子，故约含4nmolSi–O键。从石英晶体的空间结构分析：构成一个最小的环需12个原子。以Si原子为中心的Si–O键之间的键角为109°28’。6、4，127、1︰1；C2D；EF；XY3Z8、（1）60度；（2）12；（3）309、（1）单键数：70；双键数：35（2）设C70分子中五边形数为x个，六边形数为y个。依题意可得方程组：1/2（5x+6y）=1/2（3×70）（键数，即棱边数）70+（x+y）－1/2（3×70）=2（欧拉定理）解得：五边形数x=12，六边形数y=2510、（1）0.92（2）0.826（3）Fe2+0.76Fe3+0.16（4）正八面体（5）3.03×10–10m提示：（1）由NaCl晶胞结构可知，1molNaCl晶胞中含有4molNaCl，故在FexO晶体中1molFexO晶胞中含有4molFexO。设FexO的摩尔质量为Mg·mol–1，晶胞的体积为V。则有：4M=ρVN0，代入数据解得M=67.4g·mol–1,则x=0.92。（2）设Fe2+为y个，Fe3+则为（0.92－y）个，由正负化合价代数和为零可得：2y+3（0.92－y）=2，则y=0.76世纪金榜圆您梦想页（共7页）____________________________________________________________山东世纪金榜书业有限公司（3）由于Fe2+为0.76，则Fe3+为（0.92-0.76）=0.16，故化学式为Fe2+0.76Fe3+0.16（4）与O2–距离最近且等距离的铁离子有6个，这6个铁离子所围成的几何形状如图所示：由图可知Fe在晶体中占据空隙的几何形状为正八面体。（5）晶体中Fe—Fe最短距离r=22×晶胞边长=.03×10–10m。11、（1）[在（面心）立方最密堆积填隙模型中，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镍原子构成，可填入碳原子，而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个镍原子一起构成，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）。12、（1）1︰1︰2一个球参与四个空隙，一个空隙由四个球围成；一个球参与四个切点，一个切点由二个球共用。（2）图略，正八面体中心投影为平面◇空隙中心，正四面体中心投影为平面切点1︰1︰2一个球参与六个正八面体空隙，一个正八面体空隙由四个球围成；一个球参与八个正四面体空隙，一个正四面体空隙由四个球围成。（3）小球的配位数为12平面已配位4个，中心球周围的四个空隙上下各堆积4个，共12个。（4）74.05%以4个相邻小球中心构成底面，空隙上小球的中心为上底面的中心构成正四棱柱，设小球半径为r，则正四棱柱边长为2r，高为2r，共包括1个小球（4个1/4，1个1/2），空间利用率为rrr223/423（5）正八面体空隙为0.414r，正四面体空隙为0.225r。（6）8.91g/cm3根据第（4）题，正四棱柱质量为58.70/NAg，体积为1.094×10－23cm3。（7）H－填充在正四面体空隙，占有率为50%正四面体为4配位，正八面体为6配位，且正四面体空隙数为小球数的2倍。（8）Ax就是A1，取一个中心小球周围的4个小球的中心为顶点构成正方形，然后上面再取两层，就是顶点面心的堆积形式。底面一层和第三层中心小球是面心，周围四小球是顶点，第二层四小球（四个空隙上）是侧面心。也可以以相邻四小球为正方形边的中点（顶点为正八面体空隙），再取两层，构成与上面同样大小的正方体，小球位于体心和棱心，实际上与顶点面心差1/2单位。世纪金榜圆您梦想