晶体结构考试(含答案)

1、高中化学竞赛专题考试一一晶体结构H 1.008相对原子质量He4.003Li 6.9419Be012B 10.81c12.01N 14.01016.00F 19.00Ne20.18Na22.99Ma24.31Al26.98Si28.09P 30.97S 32.07Cl35.45Ar 39.95K 39.10Ca40.08Sc44.96Ti47.88:V 0.94Cr 52.00Mn 54.94Fe55.85Co58.93Ni58.69Cu 63.55Zn 65.39G a 69.72G e72.61As 74.92Se 78.96Br79.90Kr 83.80Rb85.47Sr87.62Y 8

2、8.91Zr 91.22Nb92.91Mo 95.94Tc98.91Ru101.1Rh102.9Pd 106.4Ag 107.9Cd112.4In 114.8Sn118.7Sb121.8Te127.6I 126.9Xe131.3Cs 132.91：Ba7.3,Lu rHf8.5Ta180.9w183.9Re186.2Os 190.2Ir 192.2Pt195.1Au197.0Hg 200.6Tl 204.4Pb207.2Bi209.0Po 2102At 0210Rn 222Fr223Ra226Ac-LrRfDbSgBhHsMt选择题（每题有一个或者两个正确选项，每题2分，共20分。）1、下列各

3、组物质汽化或熔化时，所克服的微粒间的作用力，属于同种类型的是（A.碘和干冰的升华C.氯化钠晶体和铁的熔化.二氧化硅和生石灰的熔化.冰的融化和烧碱的熔化DD. (Si6 173、某钾（）轴的投影图如图,c则该结构式的通式为2 5 n的石墨嵌入化合物沿O ) I4n-19 nA.KC12B. KC ioC.KCs4、下向二维平胤晶体所表示的化学式为D.KC6AX的是该化合物的化学式为A5.下面图像是从 A 图6非整数比化合物NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图,D 试判断属于NaCl晶体结构的是示为2AFe 0.45 beo.5BFCO.95图图。具有NaCl型晶体结构，由于23BF

4、e o.85 Fe o.iou Cke20.15(Fe)3Fe 0.8 OD图:(O)DFe3 +Fe O1,所以晶体存在缺陷。Feo.95 O可表7由钾和氧组成的某种离子晶体中含钾的质量分数为 在此晶体中，过氧离子和超氧离子的物质的量之比为78/,其阴离子只有过氧离子 （02 ）和超氧离子（。2 ）两种。A2 ： 1 Bl ： 1C1 ： 2 D18冰晶石（化学式为 N33A1F6）的结构单元如右图所示，已知冰晶石熔融时电离方程式为：Na3AlF6=3Na+A1F63-。位于大立方体顶点和面心，O位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，那么大立方体的体心处歹所代表的微粒是 +3+A

5、 Na B Al C F D A1F 69某离子晶体中晶体结构最小的重复单元如图：A为阴离子，在正方体，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为A B2A B BA2 CB 7A4 DB 4A710高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价部分为。价，部分为一2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞（晶体中最小的重复单元）。则下列说法正确的是A超氧化钾的化学式为 KOz,每晶胞含有4个K，和4个02B晶体中每个小-，每个O-周围有工C晶体中与每个K,距离最近的K卜有8个D晶体中，0价氧原子与一2价氧原子的数目比为 3 ： 1 二、填空题11.完成以下填空（每空 1分，共18分+ 一（

6、1） 一个NaCl晶胞中有个Na, 个Cl 。（2） 一个金刚石的晶胞中有 个C原子，金刚石的空间利用率为 o（3）晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原子，试观察右边图形，回答：这个基本结构单元由 个硼原子组成，键角是 ,共含有 个B- B键。（4）白硅石SiCh属AB2型共价键晶体。若将金刚石晶胞中的所有C原子换成Si原子，同时在每两个相邻的Si原子（距离最近的两个 Si原子）中心联线的中点处增添一个O原子，则构成晶胞，故S。晶胞中有个Si原子，个O原子，离O原子最近的Si原子有个，离Si原子最近的O原子有

7、个。（5）干冰（固态COz）属于分子晶体。若把每个CO2分子抽象为一个质点（微粒）,则其晶胞也属于立方面心晶格，故一个干冰晶胞中有个CO?,在干冰分子中，原子之间靠结合，CO2分子之间靠结合。（6）有一立方晶系AB型离子化合物,A的离子半径为皿皿 B的离子半径为220pm,则B离子的堆积方式为，A离子占有B离 子围成的空隙中，该类空隙占有率为,该晶体属于型。答案：(1)44（2） 8 34.01%（3） 12 6030X-射线分析鉴定， 6.46 ? , c = 4.15?,凸。设C原子形成的双键 0.1 1, 0.06, 0.00 ），试（4） 81624（5） 4共价键德华力（6）立方面心

8、、正四面体空隙、50%、ZnS型12.完成下列填空。（每空 2分,共10分。）（1）实验表明，乙烯在很低的温度下能凝结成分子晶体，经 其晶体结构属于正交晶系，晶胞参数为：a =4.87 ? ，b二晶体结构如图所示。 则晶体的理论密度是cm中心对称地通过原点，离原点最近的C原子的分数坐标为（计算C=C共价键长是？。（2）已知：C原子的半径为7.7 X 10一 "m,计算金刚石的密度。-2-6+（3）已知：NazWCh晶胞中，0以ccp排列，每个立方晶胞中有 32个O ， W占据四面体空隙，Na占据八面体 6+空隙，构成尖晶石结构。 w占据四面体空隙利用率是，Na占据八面体空隙的利用率是

9、。答案 （1） 0.71。 cm "1.329（3）因为阴离子数：四面息隙：八面体空隙=*6 +为64。因此，W占据四面体空隙的分数为（2） P = 3.54（g.cm t）1 ：2： 1,所以在NaWO中，八面体空隙数为 32,四面体空隙数 24+1/8 , Na占据八面体空隙的分数为1/2 o13. （8分）CaF?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C）的排列方式完全 样，而F-占据其四面体空隙中。 （1）1占据四面体空隙的占有率为。 （2） CaF2晶体中F一的空间排列方式与 CsCl晶体中的Cs+ （或C）的排列方式是否完全一样?（3）

10、 Ca2+占据F形成的 面体空隙中（四、六、八），其占有率是。2 +（4）若C-离子处于晶胞顶点，写出晶胞中所有离子的分数坐标答案：（1） 100%（2） 一样（3）六 50%（4） Ca24 （0, 0, 0） （ 1/2 , 1/2 , 0） （ 1/2 , 0, 1/2 ） （ 0, 1/2 , 1/2 ）F- ( 1/4 , 1/4 ,1/4)( 1/4 , 1/4 ,3/4)( 1/4 , 3/4 , 1/4 3/4 )(3/4, 3/4 ,1/4)( 3/4 , 3/4 , 3/4 )(3/4, 1/4 ,1/4)( 1/4 , 3/4 ,3/4)( 3/4 , 1/314 . (

11、 8分)正硼酸(H BO)33是一种片层状结构白色晶体，层的HBO分子通过氢键相连(如右图)。 33H3BO 3的层状结构4.(2 分)2H 3BO3 ( 1 分)(B的排列类似1 .正硼酸晶体属于 晶体；2 .片层微粒间的作用力是 ?片层间微粒间的作用力又是3 .含ImoIH'BCh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)石墨) 15、( 11分)一个Ca和C的二元化合物具有四方晶胞： a = b = 387pm , c = 637pm

12、, ( a = p = Y= 90° ),晶胞图如图，图中钙原子用较大的黑圆圈表示()，碳原子用空心圆圈表示(。)。 在位于原点的钙原子上面的碳原子的坐标为x= 0 , y = 0 , z = 0.406 o(1 )导出这个化合物的化学式为 ；(2)一个晶胞中所含的化学式单位的数目为 ；(3 ) C2基团中C - C键长为 pm ；(4 )最短的Ca - C距离为 pm ;(5 )最短的两个非键CC间距雀为 pm 、 pm ;(6 )这一结构与 型离子化合物的结构密切相关。注意：请写出(3 ) ( 4) ( 5 )的计算过程答案：16. （5分）已知NaCl的晶胞结构如右图。理论上认

13、为高温下NaCl晶体导电是由于Na+迁移到另一空穴而造成（以1/8晶胞为例如图），其中Na+要经过一个由3个C1-组成的最小三角形窗孔（Cl-离子相+-孔半径。 + 一 +22 1/2角形。D(C1 一 Cl ) =(a/2) + (a/2) .= 399pm； (rCl + X)cos30 0 = D(C1- Cl )/2 X =63pm17、（ 10分）最简单的二元硼氮化合物可以通过下列反应合成:B2O3(1) + 2NH 3(g)2BN(s) + 3H 2O(g) , OH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）。层 BN核间距为145pm,

14、面间距为333pm。请回答下列问 题： 试画出层状六方氮化硼的晶胞。 写出晶胞中各原子的原子坐标。 试计算层状六方氮化硼晶体的密度。 在高压（60kbar）、高温（2000 C）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361.5pm,试计算立方氮化硼晶体中 B-N键的键长。 答案：（10分）（2分）(0,0,0) ( T ,2, _ I)或(3，)(1 分)332332(0,0, T )( 4-，0)或(2, 1,0)( 1 分)23333-12x(10.81 + 14 01)gmolP 匚23-1 r 22-30 36.022 xl®

15、mol x(3x 145')x 2 x2x333x 10 cm_-32.27g -cm(2分)史a = 4X361.5=156.5pm(2 分)其晶胞参数a=403.1pm。晶胞顶点位置为Ti 4+所占,18. （ 10分）经X射线分析鉴定，某一离子晶体属于立方晶系, 体心位置为Ba2+所占，所有棱心位置为-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Ti4+的氧配位数和Ba2+的氧配位数。（4 ）计算两种正离子的半径值（6半径为140 pm ） 0（5） Ba和O共同组成哪种堆积方式？（6） i的钛配位数和钢配位数各为多少？答

16、案：（1） Ti 4+:0,0,0; Ba 2+:1/2,1/2,1/2; O2": 1/2,0,0 0,1/2,0 0,0,1/2（2） BaTiO（3） Ti4+的氧配位数为6, Ba2+的氧配位数12。（4）在晶胞的棱上，p4+和。2-互相接触，故r 4lar 2 -1 403.1 140 61.6 pmTi202Ba?+和-在高度为i/2a且平行于立方晶胞的面对角线方向上互相接触，因而r , 2a r 2145 pmBaO（5）组成立方最密堆积。（6） CP-的钛配位数为2,。2-的钏配位数为4。提出了另一种最密堆积形式Ax的堆积形式回答：19.某同学在学习等径球最密堆积（立

17、方最密堆积A1和六方最密堆积 A3）后，Axo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（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（可填充小球的最大半径，设等径小球的半径为（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 密度。（Ni的相对原子质量为 58.70 ）（7）如果CuH晶体中Cu'的堆积

18、形式为Ax型，H 一填充在空隙中，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?答案：（1）1 ： 1 ： 2 （2） 1 ： 1 ： 2一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 o 3-233（6）