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1、例题1,（2004 年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）第2题（4分）2004年7月德俄两国化学家共同宣布，在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮, 这种高聚氮的N-N键的键能为160 kJ/mol (N2的键能为942 kJ/mol)，晶体结构如图所示。在这种晶体中，每个氮原子的配位数为 ；按键型分类时，属于 晶体。这种固体的可能潜在应用是 ，这是因为： 。,答案,答案： 3， 原子晶体， 炸药（或高能材料）， 高聚氮分解成N2释放大量能量。（各1分）,例题2,题目：经 X射线分析鉴定，某一离子晶体属于立方晶系，其晶胞参数 a=403.lpm。晶胞顶点位置为Ti4+所占，体心位置为Ba2+所占，所有
2、棱心位置为O2-所占。请据此回答或计算：,1用分数坐标表达请离子在晶胞中的位置； 2写出此晶体的化学式； 3指出晶体的点阵型式和结构基元; 4指出Ti4+的氧配位数和Ba2+的氧配位数； 5计算两种正离子的半径值（O2-半径为 140 pm）； 6 Ba2+和O2-联合组成哪种型式的堆积？ 7O2-的配位情况怎样？,解答,1 Ti4+:0,0,0; Ba2+:1/2,1/2,1/2; O2-:1/2,0,0; 0,1/2,0; 0,0,1/2。 2BaTiO3 3晶体的点阵型式为简单立方，一个晶胞即一个结构基元，。 4 Ti4+的氧配位数为6,Ba2+的氧配位数12。,5在晶胞的棱上，Ti4+
3、和O2-互相接触，故 Ba2+和O2-在高度为1/2a且平行于立方晶胞的面对角线方向上互相接触，因而 6联合组成立方最密堆积 。 7 O2-的钛配位数为2，O2-的钡配位数为4。,本题延伸04年省赛,例题3,（ 2003年省赛）甲烷水合物（nCH446H2O）是一种具有重要经济价值的化合物，在海洋深处蕴藏量非常大，是未来的重要能源之一。它的晶体结构可看作由五角十二面体512和十四面体51262共面连接堆积形成。在立方晶胞中，512的中心处在顶角和体心位置；51262中心位置坐标为（0，1/4，1/2）、（0，3/4，1/2）、（1/2，0，1/4）、（1/2，0，3/4）、（1/4，1/2，0
4、）、（3/4，1/2，0）共计6个。它们彼此共用六角形面连成柱体，再和五角十二面体共面连接。右图所示出甲烷水合物中水骨架的结构。,甲烷水合物晶胞结构,（1）CH4分子由于体积较小，可包合在这两种多面体中，若全部充满时，确定晶胞的组成（即n值） 。 （2）已知该晶胞参数a1180pm，计算1m3甲烷水合物晶体中可释放CH4的体积（标准状况下）。 （3）有的文献中报导开采1m3的甲烷水合物晶体可得到164m3的甲烷气体，请根据的结果给出合理的解释。,解答,（1）8CH446H2O或n8 （2）按晶体的理想组成和晶胞参数，可算得晶胞体积V和晶胞中包含CH4的物质的量n（CH4）： V（晶胞）a3(1
5、180pm)31.64109pm31.641027m3 n(CH4)1.331023mol 1m3甲烷水合物晶体中含CH4的物质的量为： n1.331023mol8.11103mol 它相当于标准状态下的甲烷气体体积： V8.1110322.4m310-3182m3,（3）文献报导值比实际值小，说明甲烷分子在笼形多面体中并未完全充满，即由于它的晶体中CH4没有达到理想的全充满的结构。（实际上甲烷水合物晶体结构形成时，并不要求512全部都充满CH4分子，它的实际组成往往介于6CH446H2O和8CH446H2O之间。）,例题4,（2004年全国决赛题）题目：氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作能源
6、，必须解决好安全有效地储存氢气问题。化学家研究出利用合金储存氢气，LaNi5是一种储氢材料。LaNi5的晶体结构已经测定，属六方晶系，晶胞参数a511pm，c397pm， 晶体结构如图所示：,LaNi5晶体结构图,O La Ni,1从LaNi5晶体结构图中勾画出一个LaNi5晶胞。 2每个晶胞中含有多少个La原子和Ni原子？ 3LaNi5晶胞中含有3个八面体空隙和6个四面体空隙， 若每个空隙填入1个H原子，计算该储氢材料吸氢后氢的密度，该密度是标准状态下氢气密度（8.98710-5gcm-3）的多少倍？（氢的相对原子质量为1.008；光速c为2.998108ms1；忽略吸氢前后晶胞的体积变化）
7、。,解答,1、,解答,2晶胞中含有1个La原子和5个Ni原子。 3计算过程： 六方晶胞体积：Va2csin120(5.1110-8)2 3.9710831/2/289.71024cm3 是氢气密度的1.87103倍。,例题5,题目：SiC具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，已成为一种重要的工程材料。其晶体具有六方ZnS型结构，晶胞参数为a=308pm，c=505pm，已知C原子的分数坐标为0，0，0和 ；Si原子的分数坐 标为 和 。,（1） 按比例画出SiC六方晶胞； （2）每个晶胞中含有SiC 个。 （3）晶体中Si的堆积型式是 。 C填充的空隙类型是 。 （4）列式计
8、算CSi键长。,解答,（1）SiC六方晶胞,解答,（2）每个晶胞中含有2个SiC。 （3）Si原子作六方最密堆积，C原子填 充在Si围成的四面体空隙中。 （4）由（1）中晶胞图可以看出，Si-C 键长为：,例题6,实验表明，乙烯在很低的温度下能凝结成分子晶体，经X-射线分析鉴定，其晶体结构属于正交晶系，晶胞参数为：a = 4.87，b = 6.46 ，c = 4.15 ，晶体结构如图1所示。,乙烯的晶胞结构,（1）该晶体的晶胞类型是 ； （2）晶体的理论密度是 cm-3； （3）设C原子形成的双键中心对称地通过原点，离原点最近的C原子的分数坐标为（0.11, 0.06, 0.00），试计算C=
9、C共价键长是 。,解答,（1）简单正交晶胞 （2）0.71 gcm-3 （3）1.32 ,例题7,1999年美国science杂志报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，人们成功制得了原子晶体干冰，下列推断正确的是 A 原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很大的硬度 B 原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料 C 原子晶体干冰硬度大，可用作耐磨材料 D 每摩尔原子晶体干冰中含2mol CO键,答案,A、C,例题8,BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，首次用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋简称。若知：在BGO中，锗处于最高价态，在BGO中，铋的价态与铋跟氯形成的某种共价化合物时
10、所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8电子稳定结构，BGO可看成是由锗和铋两种元素所形成的复杂氧化物，且在BGO晶体的化学式中，这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空：,(1)锗和铋的元素符号分别是 和 ； (2)BGO晶体的化学式是 ； (3)BGO晶体所含氧化物的化学式是 。 (1）Ge Bi （2）2Bi2O33GeO2 （3）Bi2O3 Bi: 5d106S26P3,例题9,钒是我国丰产元素，储量占全球11，居第四位。在光纤通讯系统中，光纤将信息导入离光源1km外的用户就需用5片钒酸钇晶体（钇是第39号元素）。我国福州是全球钒酸钇晶体主要供应地，每年出口几十万片钒酸钇晶体，年创汇近
11、千万美元（1999年）。钒酸钇是四方晶体，晶胞参数a712pm，c629pm，密度d4.22g/cm3，含钒25%，求钒酸钇的化学式以及在一个晶胞中有几个原子。给出计算过程。,答案,钒酸钇的化学式：YVO4 计算过程：YVO4的摩尔质量为203.8g/mol；钒的质量分数为50.9/203.80.25合题意。 203.8/4.2248.3cm3/mol 四方晶胞的体积V71226291030cm33.181022cm3 48.3/6.0210238.021023cm3 3.18X1022/8.0210233.974 一个晶胞中的原子数：4624,例题10,C60分子本身是不导电的绝缘体，但它的
12、金属化合物具有半导体性、超导性。1991年4月Hebard等首先报道掺钾C60有超导性，超导临界温度19K。研究表明KxC60的晶体结构中，C60具有面心立方结构（与NaCl晶体结构中Na或Cl的排列方式类似），而K填充在其四面体和八面体空隙中，晶胞参数1.4253nm（相当于NaCl晶胞的边长）。,（1）C60晶体类型与KxC60晶体类型分别是 、 。 （2）占据四面体空隙和八面体空隙中的K数之比是 （3）X （4）如果K半径为0.112nm，则C60的分子半径约为 （5）计算KxC60的密度,答案,（1）分子晶体 离子晶体 （2）21 （3）3 （4）0.505nm （5）1.92g/cm
13、3,例题11,碳的第三种单质结构C60的发现是国际化学界的大事之一。经测定C60晶体为面心立方结构，晶胞参数a1420pm。每个C60平均孔径为700pm，C60与碱金属能生成盐，如K3C60。人们发现K3C60具有超导性，超导临界温度为18K。K3C60是离子化合物，在晶体中以K和C603存在，它的晶体结构经测定也是面心立方，晶胞参数a1424pm。阿伏加德罗常数为6.021023mol1，请回答：,（1）画出C60的晶胞。 （2）计算相邻C60球体最近距离，为什么这距离大于C60笼的孔直径。 （3）相邻C60球体间的距离是多少？ （4）与石墨平面原子间距离（335pm）相比，你认为在C60
14、晶体中C60间作用力属于哪一种类型？ （5）C60晶体的晶胞中存在何种空隙？各有多少空隙？ （6）K3C60晶体的晶胞中有多少个K？它们位于晶胞中何处？ （7）同一温度下，K3C60的晶体密度比C60的晶体密度增大了多少？,答案,1） （2）最近距离(2dmin)2a2a2 dmin22a2/4 dmin21/2/21004pm dmin700pm，说明在C60晶体中，C60C60之间不接触，是分子晶体。 （3）距离为1004700304pm,（4）304pm335pm，石墨层间的作用力属于范德华力，是分子间力。C60C60间作用力应为分子间力，由于C60的摩尔质量C的摩尔质量，故作用力大些，d335pm。 （5）晶胞中存在四面体和八面体两种空隙，有8个四面体空隙，4个八面体空隙。 （6）K3C60晶胞中含有4个结构基元，因此有12个K，其中，8个K处于8个四面体空隙中，还有4个K处于4个八面体空隙中。 （7）（1）C60：d1.672g/cm3 （2）K3C60：d1.928g/cm3 K3C60的晶体密度比C60增大了0.256g/cm3,
