对化学竞赛中晶体结构题目的分析和处理

1、对化学竞赛中晶体结构题目的分析和处理对晶体结构的考查是空间想象能力的考查。就近年的一些竞赛题目做一些分析。一、根据晶体结构考查粒子个数（化学式）例 1：（2005 浙江）氢气是重要而洁净的能源，要利用氢气作能源，必须安全有效地储存氢气。有称某种合金材料有较大的储氢容量，其晶体结构的最小单元如右图所示。则这种合金的化学式为(A)LaNi6(C) LaNi4（）(B) LaNi3(D) LaNi511原子个数=12´+ 2´= 3：依据“均摊法”La621Ni 原子个数= 6 +18´= 152La：Ni=1：5。D）钾（·）的石墨嵌入化合物沿 c 轴的投影

2、例 2：（2005图如图 1，该化合物的化学式为A.KC12B. KC10C. KC8D. KC6：本题是平面图，实际均摊如何考虑呢？我们从中仔细观察找出最小重复单元，如图 2，6 个 K 原子组成的六边形即为最小重复单元。1 个 K 原子被 3 个六边形所共有，所以这个最小重复单元中 K 原子个数= 6 ´= 23C 原子个数= 18 + 6 = 241图 1K：C=1：12。A二、考查晶体微观结构，确定晶体内指定粒子的数目。例 3：（2005 江苏）高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价可看作部分为 0 价，部分为2 价。下图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复

3、单元)。则下列说法正确的是 ( )A. 晶体中与每个 K+距离最近的 K+有 12 个B. 晶体中每个 K+周围有 8 个 O2-，每个 O2-周围有 8 个 K+C. 超氧化钾的化学式为 KO2 每个晶胞含有 14 个K+和 13 个O2- D晶体中，0 价氧原子与-2 价氧原子的数目比可看作为3：1图 2：将两个相邻的氧离子看作一个质点，此结构即为 NaCl 晶体结构。选定一个钾离子为研究对象，通过该钾离子沿 x、y、z 三轴对晶体进行切割(想象出未画出部分)，得下图：可见，每个钾离子周围有 6 个 O2-。同理晶体中与每个 K+距离最近的 K+有 12 个。超氧化钾的晶胞含有 4 个K+

4、和 4 个 O2 所以化学式为-KO2。晶体中，0 价氧原子与-2 价氧原子的数目比32120- 12= 3 :1-2AD三、考查由二维平面中的空间想象能力。例 4：（2007 上海）AgI 晶体属立方晶系，其晶胞的截面图如下：Ag+I-zyxy=0y=1/4ay=1/2ay=3/4a仔细观察可知（）A1 个 Ag+周围有 5 个 I-C1 个 I- 周围有 4 个 Ag+B1 个 Ag+周围有 4 个 I-D1 个I- 周围有 2 个 Ag+：不难发现AgI 晶胞的截面图复原如下图，通过观察为 B C 。当然对于这样的题目显然是对我们空间想像能力的考查，如果加以训练、培养这样的复原图就自然的

5、我们的大脑之中。四、考查微粒间的排列形式，及计算能力。例 5：,立方体的每个面 5 个半径为 144×10-10 m，求紧密堆砌(如图其余各面省略)，(1)金晶体中最小的一个立方体含有个金属原子。(2)金的密度为g·cm-3。： 由图可知金晶体是面心立方体 ， 即金属原子个数：8´ 1 + 6´ 1 = 482设立方体边长为 a，则： a2 + a2 = (4r)2 = 2 2 ´1.44´10-10 m则：M ´ 4197g ´ 4r = m = 19.4g / cm3va3 ´ N(2 2 ´

6、;1.44 ´10-8 cm)3 ´ 6.02 ´1023A实战演练：1、2001 年报导硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超温度的最高纪录，如图示意的是该化合物的晶体结构单元，镁原子形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子，6 个硼原子位于棱柱内，则该化合()C. Mg2B物的化学式可表示为A. MgBB. MgB2D. Mg3B22、在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，一层镁一层硼地相间排列，右图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿 C 轴方向的投影，是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。根据右图确定硼化镁

7、的化学式为AMgBBMgB2CMg2BDMgB63、右图是正四面体的原子簇 Aun 一个三角面图，根据该图，确定 Aun 中的 n 数值为A.47B.18C.19D.204、下面二维平面晶体所表示的化学式为 AX3 的是4、1986 年，两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导工作取得性进展，为此两位科学家获得了 1987 年的 Nobel 物理学奖。其晶胞结构如图。(1)根据图示晶胞结构，推算晶体中 Y，Cu，Ba 和 O 原子个数比，确定其化学式(2)根据(1)所推出的化合物的组成，计算其中 Cu 原子的平均化合价(该化合物中各元素的化合价为 Y+3，Ba+2，Cu+2 和Cu+3)试计算化合物中这两种价态Cu 原子个数比实战演练参考1、B2、B：3、D （提示将二维平面图复原为4、 (1)YBa2Cu3O7 (2)Cu2+:Cu3+=2:1正四面体