高中化学竞赛专题辅导三晶体结构及答案 Microsoft W

1、2010届高中化学竞赛专题辅导（三）晶体结构一（9分）下图所示为HgCl2和不同浓度NH3NH4Cl反应得到的两种含汞的化合物A和B的微观结构重复单元图。1写出A、B的化学式和B的生成反应方程式；2晶体A中，NH3、Cl的堆积方式是否相同，为什么？3晶体A中Hg占据什么典型位置，占有率是多少？4指出B中阴阳离子组成特点；5比较A和B在水溶液中溶解性的大小。二（14分）钛酸锶是电子工业的重要原料，与BaTO3相比，具有电损耗低，色散频率高，对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件等。制备高纯、超细、均匀SrTiO3的方法研究日

2、益受到重视。我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶，粒子呈球形，粒径分布较均匀，平均22nm。已知SrTiO3立方晶胞参数a390.5pm。1写出水热法合成纳米钛酸锶的反应方程式；2SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2和O2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O2构成，另一种由Sr2和O2一起构成，Ti4只填充在O2构成的八面体空隙中。（1）画出该SrTiO3的一个晶胞（Ti4用小球，O2用大球，Sr2用大球）（2）容纳Ti4的空隙占据所有八面体空隙的几分之几？（3）解释为什么Ti4倾

3、向占据这种类型的八面体空隙，而不是占据其他类型的八面体空隙？（4）通过计算说明和O2进行立方密堆积的是Sr2而不是Ti4的理由（已知O2半径为140pm）3计算22nm（直径）粒子的质量，并估算组成原子个数。三（10分）NH4Cl为CsCl型结构，晶胞中包含1个NH4和1个Cl，晶胞参数a387pm。把等物质的量的NH4Cl和HgCl2在密封管中一起加热时，生成NH4HgCl3晶体，晶胞参数ab419pm、c794pm（结构如右图）。1已知Cl半径为181pm，求NH4（视为球形离子）的半径。2计算NH4HgCl3晶体的密度；3指出Hg2和NH4的Cl具体配位形式；4通过具体计算，指出晶体中C

4、l与Cl之间的最短距离是多少？四（8分）金属铜的理想堆积模型为面心立方紧密堆积（CCP），设它的边长为acm。在晶体中与晶胞体对角线垂直的面在晶体学中称为（1,1,1）面。1请画出金属铜的晶胞（表示Cu原子），并涂黑有代表性的1个（1,1,1）面上的Cu原子。2计算（1,1,1）面上Cu占整个面积的百分率以及Cu占整个体积的百分率（给出计算过程）。3在1个盛有CuSO4溶液的电解槽内电镀铜，其中阴极经过特殊处理，只有1个（1，1，1）面暴露在电解质溶液中，其余各面均被保护。假设此面面积为bcm2，电镀时电流恒为I。Cu2在此面上做恒速率均匀沉积，tmin后，有一层Cu原子恰好在阴极上沉积完毕，

5、求这是已沉积的第几层Cu原子？（阿伏加德罗常数为NA，法拉第常数为F）五（10分）某钠盐X的阴离子为正八面体构型，由7个原子70个电子组成。X晶体的结构有如下特点：阴离子的空间排列方式与NaCl晶体中的Na（或Cl）的排列方式完全一样，而Na占据其全部四面体空隙中。1确定阳离子、阴离子个数比；2确定X的化学式；3如果X晶体的晶胞参数为a（cm），X的摩尔质量为MX（g/mol），写出X密度的表达式；4X晶体中Na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？如果将阴离子看作由Na形成的空隙中，那么占有率为多大？5如果晶胞的坐标原点为Na，请画出该晶胞全部阴离子的空间构型

6、（阴离子用表示）6某钾盐Y的阴离子组成和在晶胞中的排列方式与X相似，而K填充在全部八面体空隙中，写出Y的化学式。六（5分）Na2O为反CaF2型结构，晶胞参数a555pm。1计算Na的半径（已知O2半径为140pm）；2计算密度。七（8分）点阵素单位是指最小的重复单位，将最小重复单位的内容用一个点阵表示，最小重复单位中只含一个点阵点，称为素单位。含2个或2个以上点阵点的单位称为复单位。画出素单位的关键是能按该单位重复，与单位预角上是否有圆圈无关。某平面周期性结构系按右图单位重复堆砌而成。1写出该素单位中白圈和黑圈的数目。2请画出2种点阵素单位，要求一种顶点无原子，另一种顶点有原子。3请画出石墨

7、片层的3种点阵素单位。八（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BN（见图1），其层状六方氮化硼的晶胞如图2所示。层内BN核间距为145 pm，面间距为333 pm。请回答下列问题：写出晶胞中B、N原子的原子坐标。B原子： ，N原子 。试列出求算层状六方氮化硼晶体的密度的计算式：（阿伏加德罗常数用NA表示） 。在高压（60 kpa）、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a pm，试列出

8、求算立方氮化硼晶体中BN键键长的计算式： 。H3BO3的层状结构九（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上面？片层间微粒间的作用力又是上面？3含1mol H3BO3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。十（11分）Ar、Xe、CH4、Cl2等分子能和水形成气体水合物晶体。在这种晶体中，水分子形成三维氢键骨架体系。在骨架中有空穴，它可以容纳这些气体小分子形成笼型结构。（1）甲烷的气体水合物晶体成为可燃冰。已知每1m3这种晶体能释放出164m3

9、的甲烷气体。试估算晶体中水与甲烷的分子比。（不足的数据由自己假定，只要假设合理均按正确论）（2）X射线衍射分析表明，该晶体属于立方晶系，a1200pm（即晶胞为立方体，边长为1200pm）。晶胞中46个水分子围成两个五角十二面体和六个稍大的十四面体（2个六角形面，12个五角形面），八个CH4分子可以进入这些多面体笼中。计算甲烷和水的分子数之比和该晶体的密度。（3）已知Cl2的气体水合物晶体中，Cl2和H2O的分子数之体为18，在其晶体中水分子所围成的笼型结构与可燃冰相同。推测它的结构。十一近年来对于三价铜的研究日益深入，特别随着是钇钡铜氧化物的研究的深入，三价铜化合物越来越受到化学家的重视。起

10、初发现的三价铜化合物为离子化合物，三价铜存在于阴离子Cu2O66中，目前所发现的三价铜配合物都是四配位的。1画出Cu2O66的结构；2一种三价铜的稀土化合物LaCuO3的晶格属立方晶系，氧离子位于棱心，阳离子各占据氧离子所构成的空隙中，其中三价铜离子的配位数是La()的一半，试画出LaCuO3的晶胞。十二（12分）Q为多核电中性对称配合物，化学式可写成M3A3Cl3，其中M为中心原子，A为一有机配体（由常见元素组成）。A为中性配体，不带电荷，M的质量分数为30.70。空气中灼烧有白烟和刺激性气体生成，A中也有一C3轴。将Q溶解在液氨中得R，分离溶液后蒸馏结晶再灼烧，得红褐色固体氧化物。R可由一

11、常见白色难溶物（氯化物）溶解在液氨中制得。1M为何种元素，指出其配位数；2推出A的化学式；3画出Q的结构。十三（8分）发光材料Y2O2S的晶体属三方晶系，它的六方晶胞参数为：a378.8pm，c659.1pm。在晶体中，每个Y原子由3个S原子和4个O原子和它配位，Y原子坐标为（1/3，2/3，0.71），O原子坐标为（1/3，2/3，0.36），试画出Y2O2S的晶胞。十四（14分）钛酸锶是电子工业的重要原料，与BaTO3相比，具有电损耗低，色散频率高，对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件等。制备高纯、超细、均匀SrTi

12、O3的方法研究日益受到重视。我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶，粒子呈球形，粒径分布较均匀，平均22nm。已知SrTiO3立方晶胞参数a390.5pm。1写出水热法合成纳米钛酸锶的反应方程式；2SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2和O2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O2构成，另一种由Sr2和O2一起构成，Ti4只填充在O2构成的八面体空隙中。（1）画出该SrTiO3的一个晶胞（Ti4用小球，O2用大球，Sr2用大球）（2）容纳Ti4的空隙占据所有八面体空隙的几分之几？（3）解

13、释为什么Ti4倾向占据这种类型的八面体空隙，而不是占据其他类型的八面体空隙？（4）通过计算说明和O2进行立方密堆积的是Sr2而不是Ti4的理由（已知O2半径为140pm）3计算22nm（直径）粒子的质量，并估算组成原子个数。十五（11分）硫化锰MnS是赭色物质，用碱金属硫化物沉淀制得。1计算纯水中MnS的溶解度？已知MnS的Ksp为31014，H2S的K1和K2分别为1.0107和1.210132MnS晶体属于立方晶系，用X射线粉末法测得该晶体晶胞参数a522.4pm；（1）26测得该晶体的密度为4.05g/m3，请计算一个晶胞中的离子数；（2）若某MnS纳米颗粒形状为立方体，边长为MnS晶胞

14、边长的10倍，请估算其表面原子占总原子数的百分比。（已知S2的半径0.184nm）十六（6分）金属M的晶格是面心立方，密度为8.90g/cm3，计算：1Ni晶体中最邻近的原子之间的距离。2能放入Ni晶体空隙中的最大原子半径是多少?2010届高中化学竞赛专题辅导（三）晶体结构答案一（9分）下图所示为HgCl2和不同浓度NH3NH4Cl反应得到的两种含汞的化合物A和B的微观结构重复单元图。1写出A、B的化学式和B的生成反应方程式；2晶体A中，NH3、Cl的堆积方式是否相同，为什么？3晶体A中Hg占据什么典型位置，占有率是多少？4指出B中阴阳离子组成特点；5比较A和B在水溶液中溶解性的大小。答案:1

15、A：Hg(NH3)2Cl2；B：Hg2(NH2)2Cl2（HgNH2Cl）；HgCl22NH3HgNH2ClNH4Cl（各1分）2都为简单立方堆积（1.5分）3占据Cl形成简单立方的面心，占有率1/6（各1分）4B中存在着HgNH2Hg锯齿型链和链间的Cl（1.5分）5A比B易溶于水（1分）二（14分）钛酸锶是电子工业的重要原料，与BaTO3相比，具有电损耗低，色散频率高，对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件等。制备高纯、超细、均匀SrTiO3的方法研究日益受到重视。我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶，粒子

16、呈球形，粒径分布较均匀，平均22nm。已知SrTiO3立方晶胞参数a390.5pm。1写出水热法合成纳米钛酸锶的反应方程式；2SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2和O2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O2构成，另一种由Sr2和O2一起构成，Ti4只填充在O2构成的八面体空隙中。（1）画出该SrTiO3的一个晶胞（Ti4用小球，O2用大球，Sr2用大球）（2）容纳Ti4的空隙占据所有八面体空隙的几分之几？（3）解释为什么Ti4倾向占据这种类型的八面体空隙，而不是占据其他类型的八面体空隙？（4）

17、通过计算说明和O2进行立方密堆积的是Sr2而不是Ti4的理由（已知O2半径为140pm）3计算22nm（直径）粒子的质量，并估算组成原子个数。答案:1H2TiO3SrCl22KOHSrTiO32H2O2KCl（2分）2（1）（2分）（2）1/4（1分）（3）容纳Ti4的八面体空隙处于晶胞的中心，是由6个最邻近的O2氧负离子所构成。其他的八面体中心均位于晶胞边棱的中心，虽然最邻近的微粒数也是6，但其中只有4个是O2，另外两个是Sr2。两个正离子Sr2和Ti4彼此靠近，从静电学角度分析是不利的。（2分）（4）Sr2半径为(390.51402)/2136pm；Ti4半径为(390.51402)/25

18、5pm（各1分）Sr2半径与O2半径相近，而Ti4半径小得多，适合填充在八面体空隙中（1.5分）4M/NAa35.12g/cm3（1分） Vd3/65.571018cm3（0.5分）mV2.851017g（1分） N5V/a34.68105个（1分）三。（10分）NH4Cl为CsCl型结构，晶胞中包含1个NH4和1个Cl，晶胞参数a387pm。把等物质的量的NH4Cl和HgCl2在密封管中一起加热时，生成NH4HgCl3晶体，晶胞参数ab419pm、c794pm（结构如右图）。1已知Cl半径为181pm，求NH4（视为球形离子）的半径。2计算NH4HgCl3晶体的密度；3指出Hg2和NH4的C

19、l具体配位形式；4通过具体计算，指出晶体中Cl与Cl之间的最短距离是多少？答案:1154pm（1.5分）21325.0/6.0221023(4.19108)2(7.94108)3.87g/cm3。（1.5分）3Hg2：压扁的正八面体 NH4：压扁的正四棱柱（各1.5分，无压扁各1分）4Cl的空间环境不同，可分为两类：体内的两个Cl为一类；棱边中点的4个Cl为另一类。前者距NH4较近（335pm），距Hg2也较近（241pm）；后者距离NH4 397pm，距Hg2 296cm。Cl与邻近晶胞的Cl的距离最短为3.13pm，Cl与Cl的距离为382pm；Cl与Cl的距离为419pm。（4分）四（8

20、分）金属铜的理想堆积模型为面心立方紧密堆积（CCP），设它的边长为acm。在晶体中与晶胞体对角线垂直的面在晶体学中称为（1,1,1）面。1请画出金属铜的晶胞（表示Cu原子），并涂黑有代表性的1个（1,1,1）面上的Cu原子。2计算（1,1,1）面上Cu占整个面积的百分率以及Cu占整个体积的百分率（给出计算过程）。3在1个盛有CuSO4溶液的电解槽内电镀铜，其中阴极经过特殊处理，只有1个（1，1，1）面暴露在电解质溶液中，其余各面均被保护。假设此面面积为bcm2，电镀时电流恒为I。Cu2在此面上做恒速率均匀沉积，tmin后，有一层Cu原子恰好在阴极上沉积完毕，求这是已沉积的第几层Cu原子？（阿伏

21、加德罗常数为NA，法拉第常数为F）答案:1（2分）2设Cu原子半径为r，ra/4，一个（1，1，1）面上有1/231/632个Cu原子。SCu2r2a2/4，S总a2/2，SCu/S总/690.69。（1.5分）一个晶胞上有1/261/884个Cu原子。SCu16/3r3a3/6，S总a3，SCu/S总/674.05。（1分）2阴极面上一层Cu的物质的量为：2；沉积的Cu原子的物质的量是：，层数：（3.5分）五（10分）某钠盐X的阴离子为正八面体构型，由7个原子70个电子组成。X晶体的结构有如下特点：阴离子的空间排列方式与NaCl晶体中的Na（或Cl）的排列方式完全一样，而Na占据其全部四面体

22、空隙中。1确定阳离子、阴离子个数比；2确定X的化学式；3如果X晶体的晶胞参数为a（cm），X的摩尔质量为MX（g/mol），写出X密度的表达式；4X晶体中Na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？如果将阴离子看作由Na形成的空隙中，那么占有率为多大？5如果晶胞的坐标原点为Na，请画出该晶胞全部阴离子的空间构型（阴离子用表示）6某钾盐Y的阴离子组成和在晶胞中的排列方式与X相似，而K填充在全部八面体空隙中，写出Y的化学式。答案:121（1分）2Na2SiF6（2分）34MX/NAa3（1.5分）4一样（0.5分） 50%（1分）5（正四面体）（2.5分）6KPF6（

23、1.5分）六（5分）Na2O为反CaF2型结构，晶胞参数a555pm。1计算Na的半径（已知O2半径为140pm）；2计算密度。答案:1100.32pm（2分）22.41g/cm3（3分）七（8分）点阵素单位是指最小的重复单位，将最小重复单位的内容用一个点阵表示，最小重复单位中只含一个点阵点，称为素单位。含2个或2个以上点阵点的单位称为复单位。画出素单位的关键是能按该单位重复，与单位预角上是否有圆圈无关。某平面周期性结构系按右图单位重复堆砌而成。1写出该素单位中白圈和黑圈的数目。2请画出2种点阵素单位，要求一种顶点无原子，另一种顶点有原子。3请画出石墨片层的3种点阵素单位。答案:1（1分）2

24、（各2分）3（各1分）H3BO3的层状结构八（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上面？片层间微粒间的作用力又是上面？3含1mol H3BO3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）33（1.5分）4（2分） 2H3BO3（1分）（B的排列类似石墨）九（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

25、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BN（见图1），其层状六方氮化硼的晶胞如图2所示。层内BN核间距为145 pm，面间距为333 pm。请回答下列问题：写出晶胞中B、N原子的原子坐标。B原子： ，N原子 。试列出求算层状六方氮化硼晶体的密度的计算式：（阿伏加德罗常数用NA表示） 。在高压（60 kpa）、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a pm，试列出求算立方氮化硼晶体中BN键键长的计算式： 。答案:（10分，每空2分）（4分）B原子(0，0，0) (，)或(，)（2分）N原子 (0，0，) (，0

26、)或(，0) （2分） （3分）d(BN) （3分）十（11分）Ar、Xe、CH4、Cl2等分子能和水形成气体水合物晶体。在这种晶体中，水分子形成三维氢键骨架体系。在骨架中有空穴，它可以容纳这些气体小分子形成笼型结构。（1）甲烷的气体水合物晶体成为可燃冰。已知每1m3这种晶体能释放出164m3的甲烷气体。试估算晶体中水与甲烷的分子比。（不足的数据由自己假定，只要假设合理均按正确论）（2）X射线衍射分析表明，该晶体属于立方晶系，a1200pm（即晶胞为立方体，边长为1200pm）。晶胞中46个水分子围成两个五角十二面体和六个稍大的十四面体（2个六角形面，12个五角形面），八个CH4分子可以进入这

27、些多面体笼中。计算甲烷和水的分子数之比和该晶体的密度。（3）已知Cl2的气体水合物晶体中，Cl2和H2O的分子数之体为18，在其晶体中水分子所围成的笼型结构与可燃冰相同。推测它的结构。25. （1）假设甲烷气体体积果折合成标准状况下的数据，为7.32kmol。设甲烷水合物晶体的密度与冰密度是相同的，为1g/cm3，则其中的水有：55.56kmol，因此：CH4H2O17.6。说明：甲烷水合物的组成可能是6CH446H2O。以上是最简单的参考答案，只要答案为CH79H2O，均可按满分计。（4分）（2）n（CH4）n（H2O）846423（1分）；0.92g/cm3。（3分）（3）由于n（Cl2）

28、：n（H2O）18648。因此，十四面体笼填入6个Cl2，2H2O进入十二面体笼。（3分）十一近年来对于三价铜的研究日益深入，特别随着是钇钡铜氧化物的研究的深入，三价铜化合物越来越受到化学家的重视。起初发现的三价铜化合物为离子化合物，三价铜存在于阴离子Cu2O66中，目前所发现的三价铜配合物都是四配位的。1画出Cu2O66的结构；2一种三价铜的稀土化合物LaCuO3的晶格属立方晶系，氧离子位于棱心，阳离子各占据氧离子所构成的空隙中，其中三价铜离子的配位数是La()的一半，试画出LaCuO3的晶胞。答案:12十二。（12分）Q为多核电中性对称配合物，化学式可写成M3A3Cl3，其中M为中心原子，

29、A为一有机配体（由常见元素组成）。A为中性配体，不带电荷，M的质量分数为30.70。空气中灼烧有白烟和刺激性气体生成，A中也有一C3轴。将Q溶解在液氨中得R，分离溶液后蒸馏结晶再灼烧，得红褐色固体氧化物。R可由一常见白色难溶物（氯化物）溶解在液氨中制得。1M为何种元素，指出其配位数；2推出A的化学式；3画出Q的结构。十三。（8分）发光材料Y2O2S的晶体属三方晶系，它的六方晶胞参数为：a378.8pm，c659.1pm。在晶体中，每个Y原子由3个S原子和4个O原子和它配位，Y原子坐标为（1/3，2/3，0.71），O原子坐标为（1/3，2/3，0.36），试画出Y2O2S的晶胞。十四。（14分

30、）钛酸锶是电子工业的重要原料，与BaTO3相比，具有电损耗低，色散频率高，对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件等。制备高纯、超细、均匀SrTiO3的方法研究日益受到重视。我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶，粒子呈球形，粒径分布较均匀，平均22nm。已知SrTiO3立方晶胞参数a390.5pm。1写出水热法合成纳米钛酸锶的反应方程式；2SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2和O2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

31、由O2构成，另一种由Sr2和O2一起构成，Ti4只填充在O2构成的八面体空隙中。（1）画出该SrTiO3的一个晶胞（Ti4用小球，O2用大球，Sr2用大球）（2）容纳Ti4的空隙占据所有八面体空隙的几分之几？（3）解释为什么Ti4倾向占据这种类型的八面体空隙，而不是占据其他类型的八面体空隙？（4）通过计算说明和O2进行立方密堆积的是Sr2而不是Ti4的理由（已知O2半径为140pm）3计算22nm（直径）粒子的质量，并估算组成原子个数。答案:1H2TiO3SrCl22KOHSrTiO32H2O2KCl（2分）2（1）（2分）（2）1/4（1分）（3）容纳Ti4的八面体空隙处于晶胞的中心，是由6个最邻近的O2氧负离子所构成。