晶体结构考试(含答案)

高中化学竞赛专题考试晶体结构第1页共6页高中化学竞赛专题考试——晶体结构1.008ZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtAc-LrHLiBeBCNOFNaMgAlSiPClSKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrRbCsFrSrBaRaYLaLu-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]HeNeArKrXeRn相对原子质量RfDbSgBhHsMt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SiO4，则该结构式的通式为（）A.(Si2O5)n2n-B.(SiO3)n2n-C.(Si6O17)n10n-D.(Si6O19)n14n-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.KC12B.KC10C.KC8D.KC64、下面二维平面晶体所表示的化学式为AX3的是（）ABCD5．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①②③④A图①B图②C图③D图④6非整数比化合物Fe0.95O具有NaCl型晶体结构，由于n（Fe）∶n（O）＜1∶1，所以晶体存在缺陷。Fe0.95O可表示为AFe245.0Fe35.0OBFe285.0Fe310.0OCFe215.0Fe38.0ODFe22Fe3＋O7由钾和氧组成的某种离子晶体中含钾的质量分数为78/126，其阴离子只有过氧离子（O22－）和超氧离子（O2－）两种。在此晶体中，过氧离子和超氧离子的物质的量之比为A2︰1B1︰1C1︰2D1︰38冰晶石（化学式为Na3AlF6）的结构单元如右图所示，已知冰晶石熔融时电离方程式为：Na3AlF6＝3Na+＋AlF63－。●位于大立方体顶点和面心，○位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，那么大立方体的体心处▽所代表的微粒是高中化学竞赛专题考试晶体结构第2页共6页ANa＋BAl3＋CF－DAlF6－9某离子晶体中晶体结构最小的重复单元如图：A为阴离子，在正方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为AB2ABBA2CB7A4DB4A710高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞（晶体中最小的重复单元）。则下列说法正确的是A超氧化钾的化学式为KO2，每晶胞含有4个K＋和4个O2－B晶体中每个K＋周围有8个O2－，每个O2－周围有8个K＋C晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个D晶体中，0价氧原子与－2价氧原子的数目比为3︰1二、填空题11.完成以下填空（每空1分，共18分。）：（1）一个NaCl晶胞中有_____个Na＋，______个Cl－。（2）一个金刚石的晶胞中有个C原子，金刚石的空间利用率为。（3）晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原子，试观察右边图形，回答：这个基本结构单元由个硼原子组成，键角是，共含有个B－B键。（4）白硅石SiO2属AB2型共价键晶体。若将金刚石晶胞中的所有C原子换成Si原子，同时在每两个相邻的Si原子（距离最近的两个Si原子)中心联线的中点处增添一个O原子，则构成SiO2晶胞，故SiO2晶胞中有______个Si原子，______个O原子，离O原子最近的Si原子有_______个，离Si原子最近的O原子有______个。（5）干冰（固态CO2）属于分子晶体。若把每个CO2分子抽象为一个质点（微粒)，则其晶胞也属于立方面心晶格，故一个干冰晶胞中有____个CO2，在干冰分子中，原子之间靠_______结合，CO2分子之间靠______结合。（6）有一立方晶系AB型离子化合物，A的离子半径为61pm，B的离子半径为220pm，则B离子的堆积方式为，A离子占有B离子围成的空隙中，该类空隙占有率为%，该晶体属于型。答案：（1）44（2）834.01%（3）126030（4）81624（5）4共价键范德华力（6）立方面心、正四面体空隙、50％、ZnS型12.完成下列填空。（每空2分，共10分。）（1）实验表明，乙烯在很低的温度下能凝结成分子晶体，经X-射线分析鉴定，其晶体结构属于正交晶系，晶胞参数为：a=4.87Å，b=6.46Å，c=4.15Å，晶体结构如图所示。则晶体的理论密度是cm-3。设C原子形成的双键中心对称地通过原点，离原点最近的C原子的分数坐标为（0.11,0.06,0.00），试计算C=C共价键长是Å。（2）已知：C原子的半径为7.7×10－11m，计算金刚石的密度。（3）已知：Na2WO4晶胞中，O2－以ccp排列，每个立方晶胞中有32个O2－，W6＋占据四面体空隙，Na＋占据八面体空隙，构成尖晶石结构。W6＋占据四面体空隙利用率是，Na＋占据八面体空隙的利用率是。答案:（1）0.71g·cm-31.32Å（2）ρ＝3.54(g.cm－3)（3）因为阴离子数︰四面体空隙︰八面体空隙＝1︰2︰1，所以在Na2WO4中，八面体空隙数为32，四面体空隙数为64。因此，W6＋占据四面体空隙的分数为1/8，Na＋占据八面体空隙的分数为1/2。高中化学竞赛专题考试晶体结构第3页共6页H3BO3的层状结构13．（8分）CaF2晶体的结构有如下特点：Ca2＋的空间排列方式与NaCl晶体中的Na＋（或Cl－）的排列方式完全一样，而F－占据其四面体空隙中。（1）F－占据四面体空隙的占有率为。（2）CaF2晶体中F－的空间排列方式与CsCl晶体中的Cs＋（或Cl－）的排列方式是否完全一样？（3）Ca2＋占据F－形成的面体空隙中（四、六、八），其占有率是。（4）若Ca2＋离子处于晶胞顶点，写出晶胞中所有离子的分数坐标。答案：（1）100%（2）一样（3）六50%（4）Ca2＋（0，0，0）（1/2，1/2，0）（1/2，0，1/2）（0，1/2，1/2）F－（1/4，1/4，1/4）（1/4，1/4，3/4）（1/4，3/4，1/4）（3/4，1/4，1/4）（1/4，3/4，3/4）（3/4，1/3，3/4）（3/4，3/4，1/4）（3/4，3/4，3/4）14．（8分）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（如右图）。1．正硼酸晶体属于晶体；2．片层内微粒间的作用力是？片层间微粒间的作用力又是？3．含1molH3BO3的晶体中有mol氢键；4．以1个片层为研究对象，画出其二维晶胞，并指出其所包含的内容。答案:1．分子（1.5分）2．共价键、氢键（1分）分子间作用力（1分）3．3（1.5分）4．（2分）2H3BO3（1分）（B的排列类似石墨）15、（11分）一个Ca和C的二元化合物具有四方晶胞：a＝b＝387pm，c＝637pm，（α＝β＝γ＝90°），晶胞图如图，图中钙原子用较大的黑圆圈表示（●），碳原子用空心圆圈表示（○）。在位于原点的钙原子上面的碳原子的坐标为x＝0，y＝0，z＝0.406。（1）导出这个化合物的化学式为；（2）一个晶胞中所含的化学式单位的数目为；（3）C2基团中C－C键长为pm；（4）最短的Ca－C距离为pm；（5）最短的两个非键C……C间距离为pm、pm；（6）这一结构与型离子化合物的结构密切相关。注意：请写出（3）（4）（5）的计算过程答案：高中化学竞赛专题考试晶体结构第4页共6页16．（5分）已知NaCl的晶胞结构如右图。理论上认为高温下NaCl晶体导电是由于Na＋迁移到另一空穴而造成（以1/8晶胞为例如图），其中Na＋要经过一个由3个Cl－组成的最小三角形窗孔（Cl－离子相互不接触）。已知晶胞参数a＝564pm，r(Na＋)＝116pm，r(Cl－)＝167pm，计算三角形窗孔半径。答案：由图：Na＋经由3个Cl－组成的三角形窗口到另一个Na＋空穴，该三角形窗口是等边三角形。D(Cl－－Cl－)＝[(a/2)2＋(a/2)2]1/2＝399pm；(rCl－＋X)cos30°＝D(Cl－－Cl－)/2X＝63pm17、（10分）最简单的二元硼氮化合物可以通过下列反应合成：B2O3(l)+2NH3(g)2BN(s)+3H2O(g)反应产生的氮化硼的结构与石墨结构相类似，但上、下层平行，B、N原子相互交替（见图）。层内B－N核间距为145pm，面间距为333pm。请回答下列问题：⑴试画出层状六方氮化硼的晶胞。⑵写出晶胞中各原子的原子坐标。⑶试计算层状六方氮化硼晶体的密度。⑷在高压(60kbar)、高温(2000℃)下，层状六方氮化硼晶体可转化为立方氮化硼，它与金刚石有类似结构。若立方氮化硼晶胞的边长为361.5pm，试计算立方氮化硼晶体中B－N键的键长。答案：（10分）高中化学竞赛专题考试晶体结构第5页共6页⑴（2分）⑵B原子(0,0,0)(31,32,21)或(32,31,21)（1分）N原子(0,0,21)(31,32,0)或(32,31,0)（1分）⑶ρ2×(10.81+14.01)g·mol-16.022×1023mol-1×(3×145)2×22×2×333×10-30cm32.27g·cm-3（2分）⑷dB-N=a43=43×361.5=156.5pm（2分）18．（10分）经X射线分析鉴定，某一离子晶体属于立方晶系，其晶胞参数a=403.lpm。晶胞顶点位置为Ti4+所占，体心位置为Ba2+所占，所有棱心位置为O2-所占。请据此回答或计算：（1）用分数坐标表达各离子在晶胞中的位置。（2）写出此晶体的化学式。（3）指出Ti4+的氧配位数和Ba2+的氧配位数。（4）计算两种正离子的半径值（O2-半径为140pm）。（5）Ba2+和O2-共同组成哪种堆积方式？（6）O2-的钛配位数和钡配位数各为多少？答案：（1）Ti4+:0,0,0;Ba2+:1/2,1/2,1/2;O2-:1/2,0,00,1/2,00,0,1/2。（2）BaTiO3（3）Ti4+的氧配位数为6，Ba2+的氧配位数12。（4）在晶胞的棱上，Ti4+和O2-互相接触，故pmrarOTi6.611401.403212124Ba2+和O2-在高度为1/2a且平行于立方晶胞的面对角线方向上互相接触，因而pmrarOBa14522122（5）组成立方最密堆积。（6）O2-的钛配位数为2，O2-的钡配位数为4。19．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。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）正