发布时间 : 星期一 文章2010届高中化学竞赛专题辅导（三）晶体结构及答案 - 图文更新完毕开始阅读
www.huaxue.com.cn 版权所有——化学教育网 5．比较A和B在水溶液中溶解性的大小。
答案:1．A：Hg(NH3)2Cl2；B：Hg2(NH2)2Cl2（HgNH2Cl）；HgCl2＋2NH3＝HgNH2Cl＋NH4Cl（各1分）
2．都为简单立方堆积（1.5分）
3．占据Cl－形成简单立方的面心，占有率1/6（各1分）
4．B中存在着－Hg－NH2－Hg－锯齿型链和链间的Cl－（1.5分） 5．A比B易溶于水（1分）
二．（14分）钛酸锶是电子工业的重要原料，与BaTO3相比，具有电损耗低，色散频率高，
对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件等。制备高纯、超细、均匀SrTiO3的方法研究日益受到重视。我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶，粒子呈球形，粒径分布较均匀，平均22nm。已知SrTiO3立方晶胞参数a＝390.5pm。 1．写出水热法合成纳米钛酸锶的反应方程式； 2．SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2＋和O2－在一起进行（面心）立方最密堆积（ccp），它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子），它们构成两种八面体空隙，－＋－＋－一种由O2构成，另一种由Sr2和O2一起构成，Ti4只填充在O2构成的八面体空隙中。 ＋－＋（1）画出该SrTiO3的一个晶胞（Ti4用小球，O2用大○球，Sr2用大球） ＋（2）容纳Ti4的空隙占据所有八面体空隙的几分之几？ ＋（3）解释为什么Ti4倾向占据这种类型的八面体空隙，而不是占据其他类型的八面体空隙？
＋－2－2＋（4）通过计算说明和O进行立方密堆积的是Sr而不是Ti4的理由（已知O2半径为140pm） 3．计算22nm（直径）粒子的质量，并估算组成原子个数。 答案:1．H2TiO3＋SrCl2＋2KOH＝SrTiO3＋2H2O＋2KCl（2分） 2．（1）（2分） （2）1/4（1分） ＋－（3）容纳Ti4的八面体空隙处于晶胞的中心，是由6个最邻近的O2氧负离子所构成。其他的八面体中心均位于晶胞边棱的中心，虽然最邻近的微粒数也是6，但其中只－＋＋＋有4个是O2，另外两个是Sr2。两个正离子Sr2和Ti4彼此靠近，从静电学角度分析是不利的。（2分） ＋（4）Sr2半径为(390.5×2－140×2)/2＝136pm； Ti4＋半径为(390.5－140×2)/2＝55pm（各1分） Sr2＋半径与O2－半径相近，而Ti4＋半径小得多，适合填充在八面体空隙中（1.5分）
4．ρ＝M/NAa3＝5.12g/cm3（1分） V＝πd3/6＝5.57×10－18cm3（0.5分） m＝ρV＝2.85×10
－17
g（1分） N＝5×V/a3＝4.68×105个（1分）
三。（10分）NH4Cl为CsCl型结构，晶胞中包含1个NH4＋和1
个Cl，晶胞参数a＝387pm。把等物质的量的NH4Cl和HgCl2在密封管中一起加热时，生成NH4HgCl3晶体，晶胞参数a＝b＝419pm、c＝794pm（结构如右图）。
－＋
1．已知Cl半径为181pm，求NH4（视为球形离子）的半径。 2．计算NH4HgCl3晶体的密度；
＋＋－
3．指出Hg2和NH4的Cl具体配位形式；
－－
4．通过具体计算，指出晶体中Cl与Cl之间的最短距离是多少？
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www.huaxue.com.cn 版权所有——化学教育网 答案:1．154pm（1.5分）
－－
2．ρ＝1×325.0/[6.022×1023×(4.19×108)2×(7.94×108)]＝3.87g/cm3。（1.5分）
＋＋
3．Hg2：压扁的正八面体 NH4：压扁的正四棱柱（各1.5分，无压扁各1分）
－－－
4．Cl的空间环境不同，可分为两类：体内的两个Cl①为一类；棱边中点的4个Cl②为
＋＋＋
另一类。前者距NH4较近（335pm），距Hg2也较近（241pm）；后者距离NH4 397pm，距
＋－－－－
Hg2 296cm。Cl①与邻近晶胞的Cl的距离最短为3.13pm，Cl①与Cl②的距离为382pm；Cl－－
②与Cl②的距离为419pm。（4分）
四．（8分）金属铜的理想堆积模型为面心立方紧密堆积（CCP），设它的边长为acm。在
晶体中与晶胞体对角线垂直的面在晶体学中称为（1,1,1）面。
1．请画出金属铜的晶胞（○表示Cu原子），并涂黑有代表性的1个（1,1,1）面上的Cu原子。 2．计算（1,1,1）面上Cu占整个面积的百分率以及Cu占整个体积的百分率（给出计算过程）。 3．在1个盛有CuSO4溶液的电解槽内电镀铜，其中阴极经过特殊处理，只有1个（1，1，1）面暴露在电解质溶液中，其余各面均被保护。假设此面面积为bcm2，电镀时电流恒为I。Cu2＋
在此面上做恒速率均匀沉积，tmin后，有一层Cu原子恰好在阴极上沉积完毕，求这是已沉积的第几层Cu原子？（阿伏加德罗常数为NA，法拉第常数为F） 答案:1．（2分） 2．设Cu原子半径为r，r＝2a/4，一个（1，1，1）面上有1/2×3＋1/6×3＝2个Cu原子。SCu＝2πr2＝πa2/4，S总＝3a2/2，SCu/S总＝3π/6＝90.69％。（1.5分） 一个晶胞上有1/2×6＋1/8×8＝4个Cu原子。SCu＝16/3πr3＝2πa3/6，S总＝a3，SCu/S＝2π/6＝74.05％。（1分） 2．阴极面上一层Cu的物质的量为：b3a2/2总
×2×143b＝2；沉积的Cu原子的物质NA3aNA30It/F60It153a2NAIt的量是：，层数：＝（3.5分） 43b/3a2NA2F2Fb五．（10分）某钠盐X的阴离子为正八面体构型，由7个原子70个电子组成。X晶体的结构有如下特点：阴离子的空间排列方式与NaCl晶体中的Na（或Cl）的排列方式完全一样，而Na占据其全部四面体空隙中。 1．确定阳离子、阴离子个数比； 2．确定X的化学式； 3．如果X晶体的晶胞参数为a（cm），X的摩尔质量为MX（g/mol），写出X密度的表达式；
＋＋－4．X晶体中Na的空间排列方式与CsCl晶体中的Cs（或Cl）的排列方式是否完全一样？＋如果将阴离子看作由Na形成的空隙中，那么占有率为多大？ 5．如果晶胞的坐标原点为Na＋，请画出该晶胞全部阴离子的空间构型（阴离子用●表示） 6．某钾盐Y的阴离子组成和在晶胞中的排列方式与X相似，而K＋填充在全部八面体空隙中，写出Y的化学式。
答案:1．2︰1（1分） 2．Na2SiF6（2分） 3．ρ＝4MX/NAa3（1.5分） 4．一样（0.5分） 50%（1分） 5．
（正四面体）（2.5分）
＋＋－6．KPF6（1.5分）
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www.huaxue.com.cn 版权所有——化学教育网 六．（5分）Na2O为反CaF2型结构，晶胞参数a＝555pm。
1．计算Na＋的半径（已知O2－半径为140pm）； 2．计算密度。
答案:1．100.32pm（2分） 2．2.41g/cm3（3分）
七．（8分）点阵素单位是指最小的重复单位，将最小重复单位的内容
用一个点阵表示，最小重复单位中只含一个点阵点，称为素单位。含2个或2个以上点阵点的单位称为复单位。画出素单位的关键是能按该单位重复，与单位预角上是否有圆圈无关。某平面周期性结构系按右图单位重复堆砌而成。
1．写出该素单位中白圈和黑圈的数目。
2．请画出2种点阵素单位，要求一种顶点无原子，另一种顶点有原子。 3．请画出石墨片层的3种点阵素单位。
答案:1．●○（1分）
2． （各2分）
3．（各1分）
八．（8分）正硼酸（H3BO3）是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键
相连（如右图）。
1．正硼酸晶体属于 晶体；
2．片层内微粒间的作用力是上面？片层间微粒间的作用力又是上面？
3．含1mol H3BO3的晶体中有 mol氢键；
4．以1个片层为研究对象，画出其二维晶胞，并指出其所包含的内容。
答案:1．分子（1.5分）
2．共价键、氢键（1分） 分子间作用力（1分） 3．3（1.5分）
H3BO3的层状结构
4．（2分） 2H3BO3（1分）（B的排列类似石墨）
九．（10分）最简单的二元硼氮化合物可以通过下列反应合成：
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www.huaxue.com.cn 版权所有——化学教育网 B2O3(l)＋2NH3(g) 2BN(s)＋3H2O(g)
反应产生的氮化硼的结构与石墨结构相类似，但上、下层平行，B、N原子相互交替 （见图1），其层状六方氮化硼的晶胞如图2所示。层内B－N核间距为145 pm，面间距为333 pm。
请回答下列问题： ⑴写出晶胞中B、N原子的原子坐标。 B N B原子： ，N原子 。 ⑵试列出求算层状六方氮化硼晶体的密度的计算式：（阿伏加德罗常数用NA表示） 。 ⑶在高压（60 kpa）、高温（2000℃）下，层状六方氮化硼晶体可转化为立方氮化硼， 它与金刚石有类似结构。若立方氮化硼晶胞的边长为a pm，试列出求算立方氮化硼晶体 中B－N键键长的计算式： 。 答案:（10分，每空2分） ⑴（4分） B原子 (0，0，0) (1，2，1)或(2，1，1)（2分） 332332N原子 (0，0，1) (1，2，0)或(2，1，0) （2分） 23333⑵ρ?2?(10.81?14.01)g?mol-1 （3分） 2Nmol?1?(3?145)2??2?333?10?30cm3A2⑶d(B－N)＝3a （3分） 4十．（11分）Ar、Xe、CH4、Cl2等分子能和水形成气体水合物晶体。在这种晶体中，水分子形成三维氢键骨架体系。在骨架中有空穴，它可以容纳这些气体小分子形成笼型结构。
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（1）甲烷的气体水合物晶体成为可燃冰。已知每1m这种晶体能释放出164m的甲烷气体。试估算晶体中水与甲烷的分子比。（不足的数据由自己假定，只要假设合理均按正确论）
（2）X－射线衍射分析表明，该晶体属于立方晶系，a＝1200pm（即晶胞为立方体，边
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