高中化学竞赛辅导晶体结构专练(精选精编试题,并附有详细解答)全国通用

1、晶体结构练习题1（1）一种金属化合物中晶体结构为立方面心点阵，Mg原子采用类似金刚石的排列，每4个Cu原子形成四面体，相互之间共用顶点连接起来，排布在Mg原子的空隙中。请问该晶胞中有 个原子，该金属化合物最简式为 。（2）以草酸铁和草酸锌为原料，按一定比例溶于水中充分搅拌混匀，加热并蒸去混合溶液的水分；逐渐共沉淀下来，产物几乎为Fe3与Zn2均匀分布的的固溶体型草酸盐混合物，过滤、灼烧，即成很好的固相反应原料“前驱物”的制备即一种尖晶石型物质A：O2作立方最密堆积，Zn2占据1/8的四面体空隙，Fe3占据1/2的八面体空隙。请写出该反应的化学方程式 。2PdO属四方晶系，在其晶体中，Pd原子和

2、O原子分别以层状排布，其中O原子层与层之间能够完全重合，而Pd原子则每隔一层重复一次，试画出PdO的晶胞，并指出距Pd最近的原子有几个，呈何种立体构型？ 3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）用分数坐标表达各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？（7）O

3、2-的配位情况怎样？4SiC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a308pm，c505pm，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CSi键长。 5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。 （1）该晶体的晶胞类型是

4、 。（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 。 6C60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

5、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。7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6.021023mol-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

6、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C60C60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？8水在不同的温度和压力条件下可形成11种不同结构的晶体，密度从比水轻的0.92gcm3到约为水的一倍半的1.49 gcm-3。冰是人们迄今已知的由一种简单分子堆积出结构花样最多的化合物。其中在冰中，每个氧有8个最近邻，其中与4个以氢键结合，OHO距离为295pm，另外4个

7、没有氢键结合，距离相同。（1）画出冰的晶胞结构示意图（氧用表示，氢用表示），标明共价键（）和氢键（-）。 （2）计算冰晶体的密度。9某同学在学习等径球最密堆积（立方最密堆积A1和六方最密堆积A3）后，提出了另一种最密堆积形式Ax。如右图所示为Ax堆积的片层形式，然后第二层就堆积在第一层的空隙上。请根据Ax的堆积形式回答:（1）计算在片层结构中（如图所示）球数、空隙数和切点数之比 （2）在Ax堆积中将会形成正八面体空隙和正四面体空隙。确定球数、正八面体空隙数和正四面体空隙数之比 （3）指出Ax堆积中小球的配位数 （4）计算Ax堆积的原子空间利用率。（5）正八面体和正四面体空隙半径（可填充小球的最

8、大半径，设等径小球的半径为r）。（6）已知金属Ni晶体结构为Ax堆积形式，Ni原子半径为124.6pm，计算金属Ni的密度。（Ni的相对原子质量为58.70）（7）如果CuH晶体中Cu的堆积形式为Ax型，H填充在空隙中，且配位数是4。则H填充的是哪一类空隙，占有率是多少？（8）当该同学将这种Ax堆积形式告诉老师时，老师说Ax就是A1或A3的某一种。你认为是哪一种，为什么？ 10、石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成，如右图所示，图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。（1）该晶胞的碳原子个数 。（2）写出晶胞内各碳的原子坐标。 （3）已知石墨的层间距为334.8 pm，CC键长为142

9、 pm，计算石墨晶体的密度为 。石墨可用作锂离子电池的负极材料，充电时发生下述反应：Li1xC6x Lix e LiC6 其结果是，Li嵌入石墨的A、B层间，导致石墨的层堆积方式发生改变，形成化学式为LiC6的嵌入化合物。（4）右图给出了一个Li沿C轴投影在A层上的位置，试在右图上标出与该离子临近的其他6个Li的投影位置。（5）在LiC6中，Li与相邻石墨六元环的作用力属何种键型？ （6）某石墨嵌入化合物每个六元环都对应一个Li，写出它的化学式。 锂离子电池的正极材料为层状结构的LiNiO2。已知LiNiO2中Li和Ni3均处于氧离子组成的正八面体体心位置，但处于不同层中。（7）将化学计量的N

10、iO和LiOH在空气中加热到770可得LiNiO2，试写出反应方程式。 （8）写出LiNiO2正极的充电反应方程式。 （9）锂离子完全脱嵌时 LiNiO2 的层状结构会变得不稳定，用铝取代部分镍形成LiNi1y Al y O2。可防止理离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用，为什么？ 1答案：（1）24，MgCu2（各2分）（2）Fe2(COO)23Zn(COO)2ZnFe2O44CO4CO2（4分）2分析：PdO属四方晶系，其中Pd原子则每隔一层重复一次，说明晶胞中有两类不同空间环境的Pd原子，考虑到Pd常采用四配位，Pd2采用dsp2杂化呈平面四方形，故晶胞中含有四个Pd原子。做图如右。距离Pd

11、原子最近的原子为氧原子，有4个，呈平面四方形。3答案：（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。4答案：（1）SiC六方晶胞 （2）每个晶胞中含有2个SiC。 （3）Si原子作六方最

12、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：5答案：（1）简单正交晶胞（2）0.71 gcm-3（3）1.32 6答案：（1）分子晶体 离子晶体 （2）21 （3）3 （4）0.505nm （5）1.92g/cm37答案：（1）答案见右图。（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，是分子间作用力。C60C60间作用力应为分子

13、间作用力，由于C60的摩尔质量大于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）C60：d1.672g/cm3 K3C60：d1.928g/cm3 K3C60的晶体密度比C60增大了0.256g/cm38答案：（1）氧原子坐标：（0，0，0）、（1/2，1/2，1/2）（2）1.51g/cm3（冰是密度最大的一种，密度与1.49的差异在于晶体理想化处理的必然：由键长计算金刚石和石墨的密度都有这样的

14、微小误差）。9答案：（1） 112 （2）112 一个球参与六个正八面体空隙，一个正八面体空隙由六个球围成；一个球参与八个正四面体空隙，一个正四面体空隙由四个球围成。（3）小球的配位数为12 平面已配位4个，中心球周围的四个空隙上下各堆积4个，共12个。 （4）74.05% 以4个相邻小球中心构成底面，空隙上小球的中心为上底面的中心构成正四棱柱，设小球半径为r，则正四棱柱边长为2r，高为r，共包括1个小球（4个1/4，1个1/2），空间利用率为（5）正八面体空隙为0.414r，正四面体空隙为0.225r。 （6）8.91g/cm3 根据第（4）题，正四棱柱质量为58.70/NAg，体积为1.09410-23cm3。（7）H填充在正四面体空隙，占有率为50% 正四面体为4配位，正八面体为6配位，且正四面体空隙数为小球数的2倍。 （8）Ax就是A1，取一个中心小球周围的4个小球的中心为顶点构成正方形，然后上面再取两层，就是顶点面心的堆积形式。底面一层和第三层中心小球是面心，周围四小球是顶点，第二层四小球（四个空隙上）是侧面心。 也可以以