中学化学竞赛试题资源库 - 晶体结构(2)

子化合物Y，其晶体结构类似于NaCl晶体；A与C以原子个数之比1︰1组成化合物Z。

（1）写出X分别与盐酸、NaOH溶液反应的离子方程式

（2）写出Y的电子式

（3）写出Z与CO2反应的化学方程式

（4）B、C、D可组成离子化合物CmDBn，其晶体结构单元如右图所示。阳离子C（○表示）位于正方体的棱的中点和正方体内部（内部有9个○，1个位于体心，另8个位于大正方体被等分为8个小正方体后的体心）；阴离子DBn（●表示）位于该正方体的顶点和面心。

则：x＝ 、m＝ 、n＝ 。

?2?3x＋

mx－

xlv．NiO晶体在氧气中加热，部分Ni被氧化为Ni而成为NixO（X＜1）。该晶体为NaCI型晶体，晶体的基本单元为立方体，每个立方体中含有4个NixO分子。今有一批NixO晶体，测得密度为6.47g/cm3。立方体的边长为0.4157×10－7cm。

（1）求NixO的相对分子质量；

?2?3（2）已知Ni原子的相对原子质量为58.70，当NixO以Ni值。

y

NizO表示时，求y、z的

B组

xlvi．碘晶体升华时，下列所述内容发生变化的是 A 分子内共价键 B 分子间的作用力

C 分子间的距离 D 分子内共价键的键长 xlvii．下面有关晶体的叙述中，不正确的是

A 金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子 B 氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有6个 C 氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－

D 干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻10个CO2分子 xlviii．

2001年曾报道，硼镁化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。该化合晶体结构中的晶胞如右图所示。镁原子间形成正六棱柱，六个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为

A Mg14B6 B Mg2B C MgB2 D Mg3B2 xlix．最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是______。

l．纳米材料的特殊性质的原因之一是由于它具有很大的比表面积（S/V）即相同体积的纳米材料比一般材料的表面积大很多。假定

某种原子直径为0.2nm，则可推算在边长1nm的小立方体中，共有 个原子，其表面有 个原子，内部有______个原子。由于处于表面的原子数目较多，其化学性质应 （填“很活泼”或“较活泼”或“不活泼”）。利用某些纳米材料与

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特殊气体的反应可以制造气敏元件，用以测定在某些环境中指定气体的含量，这种气敏元件是利用了纳米材料具有的 作用。

li．A、B为两种短周期元素，A的原子序数大于B，B原子的最外层电子数为A原子最外层电子数的3倍。A、B形成的化合物是中学化学常见的化合物，该化合物熔融时能导电。试回答下列问题：

（1）A、B的元素符号分别是 、 ；

（2）用电子式表示AB元素形成化合物的过程： ； （3）A、B所形成的化合物的晶体结构跟NaCl的晶体结构相似，则每个阳离子周围吸引了 个阴离子。晶体中阴阳离子数之比为 ；

（4）A、B所形成的化合物的晶体的熔点比NaF晶体的熔点 ，其判断的理由是 。

lii．W、X、Y、Z四种短周期元素的原子序数X＞W＞Z＞Y。W原子最外层电子数不超过最内层电子数。X原子L层电子数是其它各层电子总数的2倍。Y原子形成的气态氢化物分子与形成的最高价氧化物分子的电子数之比为5︰11。Z是自然界中含量最多的元素。

（1）Y和Z形成的化合物与W和Z形成的化合物反应，其化学方程式可能是 ；

（2）Y元素可形成化学式为Y60的物质，该物质称为足球烯。已知该物质溶于苯等有机溶剂，熔点较低，由此可推测Y60晶体属于 晶体，Y原子间形成 键；（填键的类型）

（3）W、X元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱为 ＜ ；（用化学式表示）

（4）这四种元素原子半径的大小为 ＞ ＞ ＞ 。（填元素符号）

liii．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。

（1）氨化硅晶体属于 晶体；（填晶体类型）

（2）已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子、Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式 ；

（3）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为 。 liv．某离子晶体晶胞结构如右图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体中心。试分析：

（1）晶体中每个Y同时吸引着 个X，每个X同时吸引 着个Y，该晶体化学式为 ；

（2）晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有______

个；

（3）晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX的度数为 （填角的度数）；

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（4）设该晶体的摩尔质量为Mg/mol，晶体密度为ρg/cm，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为 cm3。

lv．FexO晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1。测知FexO晶体为ρ为5.71g/cm，晶胞边长（相当于例题2中NaCl晶体正方体结构单元的边长）为4.28×10

－10

3

m（相对原子质量：Fe 55.9 O 16.0）。求：

（1）FexO中x值为 （精确至0.01）。 （2）晶体中Fe分别为Fe2＋、Fe3＋，在Fe2＋和Fe3＋的总数中，Fe2＋所占分数为_______

（用小数表示，精确至0.001）。

（3）此晶体的化学式为 。

（4）Fe在此晶系中占据空隙的几何形状是 （即与O2－距离最近且等距离的铁离子围成的空间形状）。

（5）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为 m。

lvi．理想的宏观单一晶体呈规则的多面体外形。多面体的面叫晶面。今有一枚MgO单晶如附图1所示。它有6个八角形晶面和8个正三角形晶面。宏观晶体的晶面是与微观晶胞中一定取向的截面对应的。已知MgO的晶体结构属NaCl型。它的单晶的八角形面对应于它的晶胞的面。请指出排列在正三角形晶面上的原子（用元素符号表示原子，至少画出6个原子，并用直线把这些原子连起，以显示它们的几何关系）。

lvii．石墨的片层与层状结构如右图：其中C—C键长为142pm，层间距离为340pm（1pm＝10－12米）。试回答：

（1）片层中平均每个六圆环含碳原子数为 个；在层状结构中，

平均每个六棱柱（如ABCDEF—A1B2C3D4E5F6）含碳原子数 个。

（2）在片层结构中，碳原子数、C—C键数、六元环

数之比为 。

（3）有规则晶体密度的求算方法：取一部分晶体中的重复单位（如六棱柱ABCDEF—A1B2C3D4E5F6），计算它们的质量和体积，其比值即为所求晶体的密度，用此法可求出石墨晶体的密度为 g/cm（保留三位有效数字）。

lviii．右图所示为PTC元件（热敏电阻）的主要成分——钡钛矿晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单位。该晶体经X射线分析鉴定，重复单位为正方体，边长a＝403.1pm，顶点位置为Ti4＋所占，体心位置为Ba2＋所占，所有棱心位置为O2－所占。

（1）写出晶体的化学式 ；

（2）若将Ti4＋置于晶胞的体心，Ba2＋置于晶胞的顶点，

则O2－处于立方体的什么位置？ ；

4＋4＋

（3）在该物质的晶体中，每个Ti周围与它最邻近的且距离相等的Ti有几个？它们在空间呈什么形状分布？ ；

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3

（4）指明Ti的氧配位数和Ba的氧配位数 ； （5）说明O2－的氧配位情况 ； （6）已知O2－半径为140pm，计算Ti4＋半径和Ba2＋半径 ； （7）Y2＋和O2－联合组成哪种类型的堆积？ ； （8）计算该晶体密度。

lix．已知LiI的晶体与NaCl晶体结构相同。实验测得Li与I之间最近的距离是0.302nm。假定Li＋和Li十都是刚性球。

（1）欲计算得到I和Li的近似半径时，你还必须再作什么假定？

－＋

（2）计算I和Li的近似半径。

（3）若用另一种方法测得Li＋的半径约为0.060nm～0.068nm，试验证你的假定是否正确。

lx．金属镍（相对原子质量58.7）是立方面心晶格型式，计算其空间利用率（即原子体积占晶体空间的百分率）；若金属镍的密度为8.90g/cm3，计算晶体中最临近原子之间的距离；并计算能放入到镍晶体空隙中最大原子半径是多少？

lxi．NH4Cl为CsCl型结构，晶胞中包含1个NH+和1个Cl－，晶胞参数a＝387pm。

（1）NH+热运动呈球形，试画出晶胞结构示意图。

（2）已知Cl半径为181pm，求球形NH的半径。 （3）计算NH4Cl晶体密度。

（4）若NH4＋因热运动而转动，H为有序分布，则NH4Cl的几何构型如何？画出晶胞结构示意图。

lxii．已经探明，我国南海跟世界上许多海域一样，海底有极其丰富的甲烷资源。其总量超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。据报导，这些蕴藏在海底的甲烷是高压下形成的固体，是外观像冰的甲烷水合物。

（1）试设想，若把它从海底取出，拿到地面上，它将有什么变化？为什么？它的晶体是分子晶体、离子晶体还是原子晶体？你作出判断的根据是什么？

（2）已知每1立方米这种晶体能释放出164立方米的甲烷气体，试估算晶体中水与甲烷的分子比（不足的数据由自己假设，只要假设得合理均按正确论）。

C组

lxiii．SiC是原子晶体，其结构类似金刚石，为C、Si两原子依次相间排列的正四面体型空间网状结构。如右图所示为两个中心重合，各面分别平行的大小两个正方体，其中心为一Si原子，试在小正方体的顶点上画出与该Si最近的C的位置，在大正方体的棱上画出与该Si最近的Si的位置。两大小正方体的边长之比为_______；Si—C—Si的键角为______（用反三角函数表示）；若Si—C键长为a cm，则大正方体边长为_______cm；SiC晶体的密度为________g/cm3。（NA为阿佛加德罗常数，相对原子质量 C.12

Si.28）

lxiv．已知金刚石中C－C键长为1.54×10－10m，那么金刚石的密度为 。

lxv

－

－

＋

十

－

4＋2＋

+

． LiH及LiF晶体中r（H－）＝140pm，r（F－）＝133pm，熔点分别为：LiH为680℃，

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LiF为850℃，较为接近，然而生成热差别大，ΔfHm（LiH）＝－90kJ·mol（LiF）＝－612kJ·mol－1。

φ

－1

及ΔfHm

φ

lxvi．钨酸钠Na2WO4和金属钨在隔绝空气的条件下加热得到一种具有金属光泽的、深色的、有导电性的固体，化学式NaxWO3，用X射线衍射法测得这种固体的立方晶胞的边长a＝3.80×10－10m，用比重瓶法测得它的密度为d＝7.36g/cm3。已知相对原子质量：W 183.85，Na 22.99，O 16.00，阿伏加德罗常数L＝6.022×10mol。求这种固体的组成中的x值（2位有效数字），给出计算过程。 lxvii．2003年3月日本筑波材料科学国家实验室一个研究小组发现首例带结晶水的晶体在5K下呈现超导性。据报道，该晶体的化学式为Na0.35CoO2·1.3H2O，具有??－CoO2－H2O－Na－H2O－CoO2－H2O－Na－H2O－??层状结构；在以“CoO2”为最简式表示的二维结构中，钴原子和氧原子

呈周期性排列，钴原子被4个氧原子包围，Co－O键等长。

（1）钴原子的平均氧化态为 。

（2）以●代表氧原子，以●代表钴原子，画出CoO2层的结构，

用粗线画出两种二维晶胞。可资参考的范例是：石墨的二维晶胞是右图中用粗线围拢的平行四边形。

（3）据报道，该晶体是以Na0.7CoO2为起始物，先跟溴反应，然后用水洗涤而得到的。写出起始物和溴的反应方程式。

lxviii．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，年创汇近千万美元（1999年）。钒酸钇是四方晶体，晶胞参数a＝712pm，c＝629pm，密度d＝4.22g/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。

钒酸钛的化学式： 一个晶胞中的原子数：

计算过程：

lxix．CaF2晶体的结构有如下特点：Ca2＋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F－占据其四面体空隙中。

（1）F占据四面体空隙的占有率为 。

（2）CaF2晶体中F－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？

（3）Ca2占据F形成的 面体空隙中（四、六、八），其占有率是 。

＋

（4）若Ca2离子处于晶胞顶点，写出晶胞中所有离子的分数坐标。

＋

－

－

23－1

lxx．冰晶石（Na3AlF6）用作电解法炼铝的助熔剂。冰晶石晶胞是以大阴离子（AlF63

－

）构成的面心立方晶格，Na＋可看作是填充在晶格的空隙中，已知冰晶石的密度为2.95g/cm3，Al—F键长181 pm，相对原子质量：Na 23.0；Al 27.0；F 19.0。

（1）指出AlF63－配离子中心离子的杂化轨道类型和配离子空间构型。 （2）指出冰晶石晶体中Na＋在晶胞中所占的位置。

（3）计算冰晶石晶体中Al—Al最短距离。 lxxi．C60分子本身是不导电的绝缘体，但它的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

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