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1、20082008年夏令营命题年夏令营命题一2008年5月12日，这是个令整个中华民族痛心的日子，汶川发生了8级特大地震，造成了重大伤亡！一时间举国上下支援震区抗震救灾，消毒防疫成了震后重中之重的工作。三氯异氰尿酸（TCCA）就是应用最多的一种消毒剂，在“非典”期间它也曾经是“消毒明星” 。三氯异氰尿酸是目前国际上所推广的一种高效、低毒、广谱、快速的杀菌消毒剂，对人畜毫无害处，无二次污染，广泛用于饮用水、游泳池、食品加工业以及灾害后的大面积灭菌防染。TCCA的分子结构和量子化学计算得到的电荷分布如图1所示。NNNClClClOOO0.2340.2340.234-0.427-0.427-0.427
2、-0.662-0.662-0.6620.8550.8550.855NNNHHHOOO图 1 图 2（1）卤素互化物是指不同卤素原子之间以共价键结合形成的化合物，它们的水解产物与其共价键的极性有关，BrCl能发生下列反应：BrClH2O=HBrOHCl。据此判断三氯异氰尿酸水溶液消毒的有效成分是 ；简述理由 。这个部分也可以：（NCl3是个极性分子，在水中能水解产生HClO，根据Allen电负性标度，N的电负性3.07、Cl的电负性2.87，它们的水解产物与其共价键的极性有关。据此判断三氯异氰尿酸水溶液消毒的有效成分是 。已知N2的键能是942 kJ/mol，Cl2的键能是243 kJ/mol，
3、N-Cl的键能是201 kJ/mol，由此判断NCl3的性质 ，简述理由 。 ）注：用BrCl来判断三氯异氰尿酸的水解产物难度略大，间接一些，但可以更加灵活考察学生的知识运用能力；用NCl3相对直接一些，简单一些。请命题审核组根据需要选择其一或修改。（2）有效氯含量是三氯异氰尿酸消毒剂的重要指标，现称取试样0.2200g，置于250ml碘量瓶中，加水100ml、KI 3g，混合。再加入3mol/L硫酸溶液20ml，盖上瓶盖，在磁力搅拌器上避光搅拌约5分钟，用约5ml水冲洗瓶塞和瓶内壁，用0.1000mol/L的硫代硫酸钠标准溶液滴定至溶液呈微黄色时，加入2ml淀粉指示剂，继续滴定至溶液蓝色刚好
4、消失为终点，消耗了25.00ml。计算以质量百分数表示的有效氯（以Cl计）含量。 （MCl = 35.45g/mol）（3）三氯异氰尿酸可由异氰尿酸（图 2）制备，异氰尿酸是消毒剂和阻燃剂的重要合成原料。晶体结构测试表明，异氰尿酸属于单斜晶系，晶胞参数 a=7.749, b=6.736, c=11.912，=130.7，在其晶体中异氰尿酸分子通过分子间氢键形成层状结构（图3） ，请在图中画出一个结构基元，并表明它的两个基本方向；指出结构基元包含的内容。图 3（4）在异氰尿酸晶体中氢键对晶体结构和性质都有决定性的作用，部分原子坐标如下：O（0.257, 0.014, 0.443; 0.243,
5、0.486, 0.557）, N(0.256, 0.309, 0.350; 0.224, 0.191, 0.650), C(0.254, 0.106, 0.354; 0.245, 0.394, 0.646)，试判断哪两个原子之间形成氢键，计算氢键键长。参考答案：（1）HClO，三氯异氰尿分子中 Cl 带正电荷，水解反应类似 BrCl 中的 Br，生成HClO。(HClO，容易爆炸，由键能可以判断 NCl3是一种高能化合物。)（2）%28.40%10010002200. 045.3500.251000. 0（3）（4）1 通过原子坐标可以判断原子（通过原子坐标可以判断原子（0.257, 0.01
6、4, 0.443）和）和 （0.224, 0.191, 0.650）之）之间形成氢键；键长：间形成氢键；键长：o Arccbbaar751. 2567. 7)4658. 2()1923. 1(2557. 0)912.11650. 0912.11443. 0()736. 6191. 0736. 6014. 0()749. 7224. 0749. 7257. 0()650. 0443. 0()191. 0014. 0()224. 0257. 0(2222222222氢键氢键二热电材料又称温差电材料,是一种利用材料本身温差发电和制冷的功能材料，在能源与环境危机加剧和提倡绿色环保主题的21世纪，具有体
7、积小、重量轻、无传动部件和无噪声运行等优点的热电材料引起了材研究学者的广泛重视。近来，美国科学家在国际著名学术期刊Science上报道了一种高效低温的热电材料，下图是其沿某一方向的一维晶体结构。图1图2（1）在图中画出它们的结构基元；结构基元的化学式分别是图1 ，图2 。（2）现在，热电材料的研究主要集中在金属晶体上，Ti就是制备热电材料的重要金属之一，已知Ti的原子半径为145pm，作A3型堆积，请预测金属晶体Ti的晶胞参数和密度。（3）热电晶体NiTiSn是著名的Half-Heusler化合物结构，Sn作A1型堆积，Ti填充Sn的八面体空隙，Ni在Ti的周围形成四面体空隙，并且Ni-Ti和
8、Ni-Sn距离相等，试画出一个NiTiSn的晶胞结构图，并用文字说明Ni的位置。（4）纳米粒子的量子尺寸效应可以显著提高材料的热电性能，表面原子占总原子数的比例是其具有量子尺寸效应的重要影响因素，假设某NiTiSn颗粒形状为立方体，边长为NiTiSn晶胞边长的2倍，试估算表面原子占总原子数的百分比（保留一位小数）。参考答案：（1）注：实线或虚线部分画一个即可。结构基元的化学式分别是图 1 CdBr3 ，图 2 Bi2Te3 。(2) 晶胞参数：Ti 作 A3 型堆积，所以为如图所示六方晶胞。在 A3 型堆积中取出六方晶胞，平行六面体的底是平行四边形，则晶胞参数：a = b = 2r = 214
9、5 = 290pm由晶胞可以看出，六方晶胞的边长 c 为四面体高的两倍，即：晶体密度： 平行四边形的面积：pmaaac6 .473290362362 3622的四面体高边长为2 2360sinaaaSo3310-23/61. 41014528106.0247.922cmgNVM晶胞（3）NiTiSn 的晶胞结构图：Ni 处在 Sn 的一半四面体空隙中， （或 Ni 处在一半小立方体中） 。（4）边长为 NiTiSn 晶胞边长 2 倍的纳米颗粒的总原子数=53+48=157表面原子数=526-82-123=98或：表面原子数=53-33=98表面原子数/总原子数=98/157=62.4%332282362 23raaaV晶胞
