《晶体例题》PPT课件.ppt

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160kJ mol N2的键能为942kJ 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140pm 6 Ba2 和O2 联合组成哪种型式的堆积 7 O2 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 2 BaTiO3 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 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 nCH4 46H2O 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 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a 1180pm 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 8CH4 46H2O或n 8 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 1180pm 3 1 64 109pm3 1 64 10 27m3n CH4 1 33 10 23mol1m3甲烷水合物晶体中含CH4的物质的量为 n 1 33 10 23mol 8 11 103mol它相当于标准状态下的甲烷气体体积 V 8 11 103 22 4m3 10 3 182m3 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6CH4 46H2O和8CH4 46H2O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 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a 511pm c 397pm 晶体结构如图所示 LaNi5晶体结构图 OLa 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 3 LaNi5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 8 987 10 5g cm 3 的多少倍 氢的相对原子质量为1 008 光速c为2 998 108m s 1 忽略吸氢前后晶胞的体积变化 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 V a2csin120 5 11 10 8 2 3 97 10 8 31 2 2 89 7 10 24cm3是氢气密度的1 87 103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 列式计算C Si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 C共价键长是 解答 1 简单正交晶胞 2 0 71g cm 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2molC O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 GeBi 2 2Bi2O3 3GeO2 3 Bi2O3Bi 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 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 8 0 25合题意 203 8 4 22 48 3cm3 mol四方晶胞的体积V 7122 629 10 30cm3 3 18 10 22cm348 3 6 02 1023 8 02 10 23cm33 18X10 22 8 02 10 23 3 97 4一个晶胞中的原子数 4 6 24 例题10 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 2 1 3 3 4 0 505nm 5 1 92g cm3 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a 1420pm 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a 1424pm 阿伏加德罗常数为6 02 1023mol 1 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 2 a2 a2dmin2 2a2 4dmin 21 2 2 1004pmdmin 700pm 说明在C60晶体中 C60 C60之间不接触 是分子晶体 3 距离为1004 700 304pm 4 304pm 335pm 石墨层间的作用力属于范德华力 是分子间力 C60