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专题九晶体结构与性质基础篇固本夯基考点一晶体常识1.(2021广东,20节选)理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构,它不是晶胞单元,理由是。

②图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=。

③设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为g/cm3(列出算式)。

答案①不能无隙并置成晶体,不是最小重复单元②41∶1∶2③M2.(2021河北,17节选)分别用、表示H2PO4-和K+,KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示,图(b)、图(c)分别显示的是H2PO4-、K+在晶胞xz面、yz①若晶胞底边的边长均为apm、高为cpm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为g·cm-3(写出表达式)。

②晶胞在x轴方向的投影图为(填标号)。

ABCD答案①136×43.(2020课标Ⅰ,35,15分)Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题:(1)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为。

(2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na),原因是。I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是

________________________________。

I1/(kJ·mol-1)Li:520Be:900B:801Na:496Mg:738Al:578(3)磷酸根离子的空间构型为,其中P的价层电子对数为、杂化轨道类型为。

(4)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有个。

电池充电时,LiFePO4脱出部分Li+,形成Li1-xFePO4,结构示意图如(b)所示,则x=,n(Fe2+)∶n(Fe3+)=。

答案(1)4∶5(2)Na与Li同族,Na电子层数多,原子半径大,易失电子Li、Be、B同周期,核电荷数依次增加。Be为1s22s2全满稳定结构,第一电离能最大。与Li相比,B核电荷数大,原子半径小,较难失去电子,第一电离能较大(3)正四面体4sp3(4)43164.(2022届河北开学考,17节选)单质硼是一种用途广泛的化工原料,可以应用于新型材料的制备,可用作良好的还原剂等。(1)晶体硼为黑色,硬度仅次于金刚石,质地较脆,熔点为2573K,沸点为2823K。晶体硼的晶体类型属于晶体。

(2)晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体(如图甲所示),其能自发地呈现多面体外形,这种性质称为晶体的。晶体中有20个等边三角形和一定数目的顶点,每个顶点各有一个B原子。通过观察图形及推算,可知此结构单元由个B原子构成。

图甲(3)基态硼原子的价电子轨道表示式是。与硼处于同周期且相邻的两种元素和硼的第一电离能由大到小的顺序为。

(4)B与H形成的化合物很多,其中最简单的氢化物为B2H6(分子结构如图乙所示),则B原子的杂化方式为。氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是。硼氢化钠(NaBH4)是有机合成的重要还原剂,其中BH4-的空间结构为图乙答案(1)共价(2)自范性12(3)C>Be>B(4)sp3N正四面体考点二晶体结构与性质1.(2022届北京师大附中,1)下列关于晶体的说法中,正确的是()A.冰融化时,分子中H—O键发生断裂B.共价晶体中,共价键的键能越大,熔点越高C.分子晶体中,共价键的键能越大,该晶体的熔、沸点一定越高D.分子晶体中,分子间作用力越大,对应的物质越稳定答案B2.(2022届辽宁大连期中,9)下列有关晶体的叙述中,错误的是()A.干冰晶体中,每个CO2周围紧邻12个CO2B.氯化钠晶体中,每个Na+周围紧邻且距离相等的Na+共有6个C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-D.金刚石为三维骨架结构,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子答案B3.(2021天津,2,3分)下列各组物质的晶体类型相同的是()A.SiO2和SO3B.I2和NaClC.Cu和AgD.SiC和MgO答案C4.(2021辽宁,7,3分)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料,其晶胞如图。下列说法错误的是()A.S位于元素周期表p区B.该物质的化学式为H3SC.S位于H构成的八面体空隙中D.该晶体属于分子晶体答案D5.(2022届福建南平月考,14)新型超高能含能材料是国家核心军事能力和军事技术制高点的重要标志。(1)高性能炸药BNCP的结构如图1,其中基态Co2+的核外电子排布式为;第四电离能:I4(Co)<I4(Fe),其原因是

图1(2)BNCP中H、N、O的电负性大小顺序为(填元素符号);ClO4-中Cl原子的杂化类型为,该阴离子的空间结构为(3)AgN5是已知的分子结构最简单的N5-离子的过渡金属配合物,其立方晶体结构如图图2以晶胞参数为单位建立的坐标系表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。图2中,原子1的坐标是1,0,12,则原子答案(1)1s22s22p63s23p63d7或[Ar]3d7Fe失去的是较稳定的3d5中的一个电子,Co失去的是3d6中的一个电子(2)O>N>Hsp3正四面体形(3)06.(2019课标Ⅱ,35,15分)近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料,其中一类为Fe-Sm-As-F-O组成的化合物。回答下列问题:(1)元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为,其沸点比NH3的(填“高”或“低”),其判断理由是。

(2)Fe成为阳离子时首先失去轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm2+价层电子排布式为。

(3)比较离子半径:F-O2-(填“大于”“等于”或“小于”)。

(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置,若两者的比例依次用x和1-x代表,则该化合物的化学式表示为;通过测定密度ρ和晶胞参数,可以计算该物质的x值,完成它们关系表达式:ρ=g·cm-3。

以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图1中原子1的坐标为(12,12,12),则原子2和3的坐标分别为、答案(1)三角锥形低NH3分子间存在氢键(2)4s4f6(3)小于(4)SmFeAsO1-xFx2[281+16(1-x)+19x]7.(2019海南单科,19-Ⅱ,14分)锰单质及其化合物应用十分广泛。回答下列问题:(1)Mn位于元素周期表中第四周期族,基态Mn原子核外未成对电子有个。

(2)MnCl2可与NH3反应生成[Mn(NH3)6]Cl2,新生成的化学键为键。氨分子的空间构型为,其中N原子的杂化类型为。

(3)金属锰有多种晶型,其中δ-Mn的结构为体心立方堆积,晶胞参数为apm。δ-Mn中锰的原子半径为pm。已知阿伏加德罗常数的值为NA,δ-Mn的理论密度ρ=g·cm-3。(列出计算式)

(4)已知锰的某种氧化物的晶胞如图所示,其中锰离子的化合价为,其配位数为。

答案(1)ⅦB5(2)配位三角锥形sp3(3)3a42×558.(2018课标Ⅱ,35,15分)硫及其化合物有许多用途,相关物质的物理常数如下表所示:H2SS8FeS2SO2SO3H2SO4熔点/℃-85.5115.2>600(分解)-75.516.810.3沸点/℃-60.3444.6-10.045.0337.0回答下列问题:(1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为,基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为形。

(2)根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是。

(3)图(a)为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为。

(4)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的立体构型为形,其中共价键的类型有种;固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为。

(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为anm、FeS2相对式量为M、阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为g·cm-3;晶胞中Fe2+位于S22-所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为答案(1)哑铃(纺锤)(2)H2S(3)S8相对分子质量大,分子间范德华力强(4)平面三角2sp3(5)4MNAa39.(2020河北枣强一模,11)自然界中含锰元素的主要矿物有软锰矿(MnO2·xH2O)、黑锰矿Mn3O4,大洋底部有大量锰结核矿。锰元素在多个领域中均有重要应用,如用于制合金,能改善钢的抗冲击性能等。(1)Mn在元素周期表中位于区,核外电子占据最高能层的符号是;金属锰可导电、导热,具有金属光泽,有延展性,这些性质都可以用“理论”解释。

(2)Mn3+在水溶液中容易歧化为MnO2和Mn2+,下列说法合理的是。

A.Mn3+的价电子排布式为3d4,不属于较稳定的电子排布式B.根据Mn2+的核外电子排布式可知,Mn2+中不含成对电子C.第四周期元素中,锰原子价电子层中未成对电子数最多D.Mn2+与Fe3+具有相同的价电子排布式,所以它们的化学性质相似(3)在K2MnF6中,MnF62-的空间结构是正八面体,则中心原子的价层电子对数为,该化合物中含有的共价键在形成过程中原子轨道的重叠方式为(4)二价锰的化合物MnO和MnS熔融态均能导电,熔点MnOMnS(选填“高于”“等于”或“低于”),解释原因:

_________________。

(5)某锰氧化物的晶胞结构如图:该锰的氧化物的化学式为,该晶体中Mn的配位数为,该晶体中Mn之间的最近距离为pm(用含a、b的代数式表示)。

答案(1)dN电子气(2)A(3)6“头碰头”(4)高于MnO和MnS都是离子晶体,阴离子电荷数相同,O2-的离子半径小于S2-的离子半径,故MnO的晶格能较大,熔点更高(5)MnO2612×综合篇知能转换综合比较物质熔、沸点高低的方法1.(2019海南单科,19-Ⅰ,6分)(双选)下列各组物质性质的比较,结论正确的是()A.分子的极性:BCl3<NCl3B.物质的硬度:NaI<NaFC.物质的沸点:HF<HClD.在CS2中的溶解度:CCl4<H2O答案AB2.(2021辽宁大连一模,5)CrSi、Ge-GaAs、聚吡咯和碳化硅都是重要的半导体化合物。下列说法正确的是()A.基态铬原子的核外未成对电子数为6B.Ge-GaAs中元素Ge、Ga、As的第一电离能从小到大的顺序为As<Ge<GaC.聚吡咯的单体为吡咯(),分子中σ键与π键的数目之比为5∶2D.碳化硅属于原子(共价)晶体,其熔、沸点均大于金刚石答案A3.(2022届黑龙江哈尔滨适应考,25节选)(2)Fe3+与酚类物质的显色反应常用于其离子检验,已知Fe3+遇邻苯二酚()和对苯二酚()均显绿色。邻苯二酚中原子的杂化类型有,邻苯二酚的熔、沸点比对苯二酚低,原因是

答案(2)sp2、sp3邻苯二酚形成的分子内氢键,比对苯二酚形成的分子间氢键作用力小4.(2019课标Ⅲ,35节选)磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用作锂离子电池正极材料,具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点,文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题:(3)苯胺()的晶体类型是。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9℃)、沸点(184.4℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0℃)、沸点(110.6℃),原因是。

答案(3)分子晶体苯胺分子之间存在氢键5.(2019课标Ⅰ,35节选)在普通铝中加入少量Cu和Mg后,形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒,其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小,形成所谓“坚铝”,是制造飞机的主要材料。回答下列问题:(3)一些氧化物的熔点如下表所示:氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/℃1570280023.8-75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因:

__________。

答案(3)Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgO>Li2O。分子间作用力P4O6>SO26.(2022届福建上杭暑期考,15节选)(2)由O、Cl元素可组成不同的单质和化合物,其中Cl2O2能破坏臭氧层。①Cl2O2的沸点比H2O2低,原因是。

②O3分子中心原子杂化类型为。

答案(2)①H2O2分子间存在氢键②sp27.(2022届河北省级联测,17节选)(4)Br2和碱金属单质形成的MBr的熔点如下表:MBrNaBrKBrRbBrCsBr熔点/℃747734693636等量的NaBr、KBr、RbBr、CsBr同时开始加热优先导电的是(填化学式),熔点呈现表中趋势的原因是

______________________________。

答案(4)CsBrNaBr、KBr、RbBr、CsBr均为离子晶体,离子所带电荷相同,阳离子半径依次增大,晶格能依次减小,熔点依次降低8.(2017海南,19-Ⅱ节选)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图所示。①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是。

②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律,可推断:依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性、共价性。(填“增强”“不变”或“减弱”)

答案①均为分子晶体,范德华力随相对分子质量的增大而增大②减弱增强9.(2021湖南,18节选)硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。回答下列问题:(1)基态硅原子最外层的电子排布图为,晶体硅和碳化硅熔点较高的是(填化学式);

(2)硅和卤素单质反应可以得到SiX4。SiX4的熔沸点SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/K183.0203.2278.6393.7沸点/K187.2330.8427.2560.7①0℃时,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是(填化学式),沸点依次升高的原因是,气态SiX4分子的空间构型是;

②SiCl4与N-甲基咪唑()反应可以得到M2+,其结构如图所示:↑↑N-甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为,H、C、N的电负性由大到小的顺序为,1个M2+中含有个σ键。

↑↓答案(1)3s3pSiC(2)①SiCl4都是分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高正四面体②sp3、sp2N>C>H5410.(2020课标Ⅱ,35,15分)钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料。回答下列问题:(1)基态Ti原子的核外电子排布式为

(2)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是

________________________________。

化合物TiF4TiCl4TiBr4TiI4熔点/℃377-24.1238.3155(3)CaTiO3的晶胞如图(a)所示,其组成元素的电负性大小顺序是;金属离子与氧离子间的作用力为,Ca2+的配位数是。

(4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I-和有机碱离子CH3NH3+,其晶胞如图(b)所示。其中Pb2+与图(a)中的空间位置相同,有机碱CH3NH3+中,N原子的杂化轨道类型是;若晶胞参数为anm,则晶体密度为g·cm-3((5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘,降低了器件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铕(Eu)盐,提升了太阳能电池的效率和使用寿命,其作用原理如图(c)所示,用离子方程式表示该原理、。

答案(1)1s22s22p63s23p63d24s2(2)TiF4为离子化合物,熔点高,其他三种均为共价化合物,随相对分子质量的增大,分子间作用力增大,熔点逐渐升高(3)O>Ti>Ca离子键12(4)Ti4+sp3620a3(5)2Eu3++Pb2Eu2++Pb2+2Eu2++I22Eu3++2I-应用篇知行合一应用晶胞参数、分数坐标的分析与应用1.(2021湖北,10,3分|学术探索情境)某立方晶系的锑钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料,图a为该合金的晶胞结构图,图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是()图a图bA.该晶胞的体积为a3×10-36cm3B.K和Sb原子数之比为3∶1C.与Sb最邻近的K原子数为4D.K和Sb之间的最短距离为12答案B2.[2022届T8联考(2),9|学术探索情境]氮化钼作为锂离子电池负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物,N原子部分填充在Mo原子立方晶格的八面体空隙中,晶胞结构如图所示,其中氮化钼晶胞参数为anm,下列说法正确的是()A.相邻两个最近的N原子的距离为32B.氮化钼的化学式为MoN2C.每个钼原子周围与其距离最近的钼原子有12个D.晶体的密度ρ=412NA·a答案C3.(2022届福建龙岩月考,14|学术探索情境)四种晶体的晶胞结构如图所示,下列四种晶体的相关说法正确的是()CaF2晶胞晶体硅晶胞金属钛晶胞干冰晶胞A.CaF2晶胞中Ca2+的配位数为4B.硅原子半径为anm,则晶体硅晶胞边长为4anmC.金属钛晶胞中含6个钛原子D.干冰晶胞中,与每个CO2紧邻的CO2有8个答案C4.(2022届湖北九师联盟开学考,13|学术探索情境)Mg2Si具有反萤石结构,晶胞结构如图所示,其晶胞参数为anm。下列叙述正确的是()A.电负性:Mg>SiB.Mg核外电子有3种不同的运动状态C.Mg与Si之间的最近距离为34答案CD.Mg2Si晶胞的密度计算式为76NAcm-35.(2022届辽宁沈阳期中,9|学术探索情境)Li、Fe、As可组成一种新型材料,其立方晶胞结构如图所示,晶胞参数为anm。下列说法正确的是()A.26Fe位于元素周期表第六列,属d区B.该物质的化学式为Li2Fe9As2C.A、B处的两个As原子之间距离为2aD.晶体中与Fe原子等距且最近的As原子有8个答案C6.(2022届湖北武汉暑期考,13)已知金属钠和氦可形成化合物,其晶胞如图所示,其结构中Na+按简单立方分布,形成Na8立方体空隙,电子对(2e-)和氦原子交替分布填充在小立方体的中心。下列说法中错误的是()A.该晶胞中的Na+数为8B.该化合物的化学式为[Na+]2He[e2]2-C.若将氦原子放在晶胞顶点,则所有电子对(2e-)在晶胞的体心D.该晶胞中距离Na+最近的He原子数目为4答案C7.(2022届湖北鄂东南期中联考,13)下列叙述不正确的是()图1图2图3图4A.Li2S晶胞结构如图1,S2-的配位数是8B.某镍白铜合金的立方晶胞结构如图2,晶胞中铜原子与镍原子的数量比为3∶1C.氯化钠晶胞如图3,离钠离子最近的钠离子有6个D.铜与氧原子形成的晶胞如图4,晶胞中Cu均匀地分散在立方体内部,a、b的坐标参数依次为(0,0,0)、12,12,答案C8.(2021全国甲,35节选|学术探索情境)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂,其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4+离子在晶胞中的配位数是,晶胞参数为apm、apm、cpm,该晶体密度为g·cm-3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂,化学式可表示为ZnxZr1-xOy,则y=(用x表示)。

答案891×4+169.(2021全国乙,35节选|学术探索情境)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为%(列出计算表达式)。

答案Al8π10.(2021河北秦皇岛二模,19节选|生产环保情境)硅、镓、锗、硒等单质及某些化合物(如砷化镓)都是常用的半导体材料,广泛用于光电应用领域。(4)锗的一种氧化物的立方晶胞如图所示。其中原子坐标参数:A为(0,0,0),B为(1,1,0),则C的原子坐标参数为,O的配位数为,每个Ge原子周围距离最近且相等的Ge原子有个。已知Ge与O的最近距离为anm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度ρ=g·cm-3。(列出计算式即可)

答案(4)14,34,311.(2021湖北六校联盟起点考,17节选|学术探索情境)氮化镓是一种半导体材料。晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被N原子代替(如图1中b点所示),顶点和面心的碳原子被Ga原子代替(如图1中a点所示)。图1(3)与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为。晶胞中离同一个N原子最近的其他N原子个数为。

(4)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。若沿y轴投影的晶胞如图2所示,则4原子的分数坐标是(填字母)。

图2a.(0.75,0.25,0.25)b.(0.25,0.75,0.75)c.(0.25,0.75,0.25)d.(0.75,0.75,0.75)(5)GaN晶体中N和N的原子核间距为apm,GaN摩尔质量为Mg·mol-1,阿伏加德罗常数的值为NA,则GaN晶体的密度为g·cm-3(1pm=10-12m)。

答案(3)正四面体12(4)d(5)212.(2021湖南,18节选|学术探索情境)下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4,图中Z表示原子(填元素符号),该化合物的化学式为;

②已知该晶胞的晶胞参数分别为anm、bnm、cnm,α=β=γ=90°,则该晶体的密度ρ=g·cm-3(设阿伏加德罗常数的值为NA,用含a、b、c、NA的代数式表示)。

答案①OMg2GeO4②18513.(2020海南,19节选|学术探索情境)X的晶胞结构如图所示(晶胞参数α=β=γ=90°,a=b=450.25pm),密度为1.4g·cm-3,H-的配位数为,X的储氢质量分数是,c=pm(列出计算式即可)。

答案311314.(2022届全国开学考,11节选|化学史料情境)1797年法国化学家沃克兰从当时称为红色西伯利亚矿石中发现了铬,后期人类发现铬元素在其他方面有重要用途。(3)Cr3+可与很多分子或离子形成配合物,如图1配合物中Cr3+的配位数为,配体中采取sp3杂化的元素是。

图1(4)铬的一种氧化物的晶胞结构如图2所示,其中氧离子与晶体镁堆积方式一致,铬离子在其八面体空隙中(如:CrA在O1、O2、O3、O4、O5、O6构成的八面体空隙中)。图2①该氧化物的化学式为。

②该晶胞有%八面体空隙未填充阳离子。

③已知氧离子半径为acm,晶胞的高为bcm,NA代表阿伏加德罗常数的值,该晶体的密度为g·cm-3(用含a、b和NA的代数式表示)。

答案(3)6C、N、O(4)①Cr2O3②33.3③15215.[2022届T8联考(1),18]尖晶石的主要成分是镁铝氧化

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