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江蘇省濱??h明達(dá)中學(xué)2014-2015學(xué)年高中化學(xué) 奧賽輔導(dǎo)專題訓(xùn)練六 晶體結(jié)構(gòu)1、硼酸晶體是一種層狀結(jié)構(gòu)的分子晶體,在晶體的一層之內(nèi),硼酸分子通過 連結(jié)成巨大的平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),而層與層之間則是通過 結(jié)合的。2、固體五氯化磷是由陽離子和陰離子形成的離子化合物(但其蒸氣卻是分子化合物),則固體中兩種離子的構(gòu)型分別為 、 。3、最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子,如右圖所示,頂角和面心的原子是鈦原子,棱的中心和體心的原子是碳原子,它的化學(xué)式是_ _。4、1mol氣態(tài)鈉離子和1mol氣態(tài)氯離子結(jié)合生成1mol氯化鈉晶體所釋放出的熱能為氯化鈉晶體的晶格能。(1)下列熱化學(xué)方程式中,能直接表示出氯化鈉晶體晶格能的是 。ana(g)cl(g)nacl(s) hbna(s)1/2cl2(g)nacl(s) h1cna(s)na(g) h2dna(g)ena(g) h3e1/2cl2(g)cl(g) h4fcl(g)e cl(g) h5(2)寫出h1與h2、h3、h4、h5之間的關(guān)系式 。5、石英平面結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)石英的平面結(jié)構(gòu)圖分析石英晶體的化學(xué)式?在石英晶體中,每個si原子獨(dú)有多少個sio鍵,由此分析n mol 石英晶體中約含多少摩sio鍵?石英的晶體結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)為:在晶體硅的sisi鍵之間插入o原子。請想象石英的空間結(jié)構(gòu)思考構(gòu)成一個最小的環(huán)需多少個原子?以si原子為中心的sio鍵之間的鍵角為多少度?原硅酸根離子sio的結(jié)構(gòu)如圖2所示。二聚硅酸根離子si2o,只有硅氧鍵,它的結(jié)構(gòu)如何表示? 6、觀察干冰的晶胞結(jié)構(gòu),計算每個晶胞中含有co2分子的個數(shù)?在干冰晶體結(jié)構(gòu)中,每個co2分子周圍與之最近且等距離co2分子的個數(shù)? 8、晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元都是由硼原子組成的正二十面體,其中含有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂角,每個頂角各有一個硼原子,如圖所示?;卮穑海?)鍵角 _ ;(2)晶體硼中的硼原子數(shù)_個;(3)bb鍵_條?9、c70分子是形如橢球狀的多面體,該結(jié)構(gòu)的建立基于以下考慮:(1)c70分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學(xué)鍵;(2)c70分子中只含有五邊形和六邊形;(3)多面體的頂點(diǎn)數(shù)、面數(shù)和棱邊數(shù)的關(guān)系遵循歐拉定理:頂點(diǎn)數(shù) + 面數(shù)棱邊數(shù)= 2。根據(jù)以上所述確定:(1)c70分子中所含的單鍵數(shù)和雙鍵數(shù);(2)c70分子中的五邊形和六邊形各有多少個?10、已知fe x o晶體的晶胞結(jié)構(gòu)為nacl型,由于晶體缺陷,x的值小于1。測知fe x o晶體密度為5.71gcm3,晶胞邊長為4.281010m(鐵原子量為55.9,氧原子量為16.0)。求:(1)fexo中x的值(精確至0.01)。(2)晶體中的fe分別為fe2+ 和fe3+,在fe2+ 和fe3+ 的總數(shù)中,fe2+所占分?jǐn)?shù)為多少?(精確至0.001。)(3)寫出此晶體的化學(xué)式。(4)描述fe在此晶體中占據(jù)空隙的幾何形狀(即與o2 距離最近且等距離的鐵離子圍成的空間形狀)。(5)在晶體中,鐵元素的離子間最短距離為多少?11、最近發(fā)現(xiàn),只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導(dǎo)性。鑒于這三種元素都是常見元素,從而引起廣泛關(guān)注。該晶體的結(jié)構(gòu)可看作由鎂原子和鎳原子在一起進(jìn)行(面心)立方最密堆積(ccp),它們的排列有序,沒有相互代換的現(xiàn)象(即沒有平均原子或統(tǒng)計原子),它們構(gòu)成兩種八面體空隙,一種由鎳原子構(gòu)成,另一種由鎳原子和鎂原子一起構(gòu)成,兩種八面體的數(shù)量比是13,碳原子只填充在鎳原子構(gòu)成的八面體空隙中。(1)畫出該新型超導(dǎo)材料的一個晶胞(碳原子用小球,鎳原子用大球,鎂原子用大球)。(2)寫出該新型超導(dǎo)材料的化學(xué)式。12、某同學(xué)在學(xué)習(xí)等徑球最密堆積(立方最密堆積a1和六方最密堆積a3)后,提出了另一種最密堆積形式ax 。如右圖所示為ax 堆積的片層形式,然后第二層就堆積在第一層的空隙上。請根據(jù)ax 的堆積形式回答:(1)計算在片層結(jié)構(gòu)中(如右圖所示)球數(shù)、空隙數(shù)和切點(diǎn)數(shù)之比 (2)在ax 堆積中將會形成正八面體空隙和正四面體空隙。請?jiān)谄瑢訄D中畫出正八面體空隙(用表示)和正四面體空隙(用表示)的投影,并確定球數(shù)、正八面體空隙數(shù)和正四面體空隙數(shù)之比 (3)指出ax 堆積中小球的配位數(shù) (4)計算ax 堆積的原子空間利用率。(5)計算正八面體和正四面體空隙半徑(可填充小球的最大半徑,設(shè)等徑小球的半徑為r)。(6)已知金屬ni晶體結(jié)構(gòu)為ax 堆積形式,ni原子半徑為124.6 pm,計算金屬ni的密度。(ni的相對原子質(zhì)量為58.70)(7)如果cuh 晶體中cu的堆積形式為ax 型,h 填充在空隙中,且配位數(shù)是4。則h 填充的是哪一類空隙,占有率是多少?(8)當(dāng)該同學(xué)將這種ax 堆積形式告訴老師時,老師說ax 就是a1或a3的某一種。你認(rèn)為是哪一種,為什么?13、石墨晶體由層狀石墨“分子”按abab方式堆積而成,如右圖所示,圖中用虛線標(biāo)出了石墨的一個六方晶胞。(1)該晶胞的碳原子個數(shù) 。(2)寫出晶胞內(nèi)各碳的原子坐標(biāo)。 (3)已知石墨的層間距為334.8 pm,cc鍵長為142 pm,計算石墨晶體的密度為 。石墨可用作鋰離子電池的負(fù)極材料,充電時發(fā)生下述反應(yīng):li1xc6x lix e lic6 其結(jié)果是,li嵌入石墨的a、b層間,導(dǎo)致石墨的層堆積方式發(fā)生改變,形成化學(xué)式為lic6的嵌入化合物。(4)右圖給出了一個li沿c軸投影在a層上的位置,試在右圖上標(biāo)出與該離子臨近的其他6個li的投影位置。(5)在lic6中,li與相鄰石墨六元環(huán)的作用力屬何種鍵型? (6)某石墨嵌入化合物每個六元環(huán)都對應(yīng)一個li,寫出它的化學(xué)式。 專題六 參考答案:1、氫鍵,范德華力 2、正四面體,正八面體 3、ti14c134、(1)a或h (2)h1hh2h3h4h55、在石英晶體中每個si原子通過sio極性鍵與4個o原子作用,而每個o原子也通過sio極性鍵與2個si原子作用,故在石英晶體中si原子與o原子的原子個數(shù)比為12,可用“sio2”來表示石英的組成。在石英晶體中,每個si原子獨(dú)有4個si o鍵,n molsio2中含有n molsi原子,故約含4n molsio鍵。從石英晶體的空間結(jié)構(gòu)分析:構(gòu)成一個最小的環(huán)需12個原子。以si原子為中心的sio鍵之間的鍵角為10928。6、4,12 7、11;c2d;ef;xy3z 8、(1)60度; (2)12; (3)309、(1)單鍵數(shù):70;雙鍵數(shù):35(2)設(shè)c70分子中五邊形數(shù)為x個,六邊形數(shù)為y個。依題意可得方程組:1/2(5x + 6y)= 1/2(370)(鍵數(shù),即棱邊數(shù))70+(x + y)1/2(370)= 2(歐拉定理)解得:五邊形數(shù)x = 12,六邊形數(shù)y = 2510、(1)0.92 (2)0.826 (3)fe2+0.76fe3+0.16 (4)正八面體 (5)3.031010 m提示:(1)由nacl晶胞結(jié)構(gòu)可知,1mol nacl晶胞中含有4 mol nacl,故在fe x o晶體中1mol fe x o晶胞中含有4 mol fe x o。設(shè)fe x o的摩爾質(zhì)量為m gmol1,晶胞的體積為v。則有:4m = vn0,代入數(shù)據(jù)解得m = 67.4 gmol1, 則x = 0.92。(2)設(shè)fe2+ 為y個,fe3+ 則為(0.92y)個,由正負(fù)化合價代數(shù)和為零可得:2y + 3(0.92y)= 2,則y = 0.76(3)由于fe2+ 為0.76,則fe3+ 為(0.92-0.76)= 0.16,故化學(xué)式為fe2+0.76fe3+0.16(4)與o2 距離最近且等距離的鐵離子有6個, 這6個鐵離子所圍成的幾何形狀如圖所示:由圖可知fe在晶體中占據(jù)空隙的幾何形狀為正八面體。(5)晶體中fefe最短距離r =晶胞邊長 = .031010 m。11、(1)(4)74.05% 以4個相鄰小球中心構(gòu)成底面,空隙上小球的中心為上底面的中心構(gòu)成正四棱柱,設(shè)小球半徑為r,則正四棱柱邊長為2 r,高為r,共包括1個小球(4個1/4,1個1/2),空間利用率為 (5)正八面體空隙為0.414 r,正四面體空隙為0.225 r。(6)8.91g/cm3 根據(jù)第(4)題,正四棱柱質(zhì)量為58.70 / na g,體積為1.0941023cm3。(7)h 填充在正四面體空隙,占有率為50% 正四面體為4配位,正八面體為6配位,且正四面體空隙數(shù)為小球數(shù)的2倍。(8)ax 就是a1,取一個中心小球周圍的4個小球的中心為頂點(diǎn)構(gòu)成正方形,然后上面再取兩層,就是頂點(diǎn)面心的堆積形式。底面一層和第三層中心小球是面心,周圍四小球是頂點(diǎn),第二層四小球(四個空隙上)是側(cè)面心。 也可以以相鄰四小球?yàn)檎叫芜叺闹悬c(diǎn)(頂點(diǎn)為正八面體空隙),再取兩層,構(gòu)成與上面同樣大小的正方體,
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