化学竞赛晶体结构综合例题

1、2, Cs+配位数4; Cs+周®Cu »Fe o SC 1/2Cu+1/2Fe晶体结构综合例题一.有一立方晶系的离子晶体，其结构如右图所示，试回答：1 .晶体所属的点阵形式及结构基元；2 .已知rcs+=169pm,rci-=181pm,试问此两种离于联合组成了何种型式的密堆积；2+.3 .Cu处在何种空隙里4 .指出各离子的配位情况解：1.立方P,CaCsC3;2. A1型（立方面心）堆积，Cs+,C离子半径大致相近；3. 八面体空隙中；4. CiT周围C配位数6,Cs+配位数8;C周围Cu"配位数围C配位数12,Cu"配位数8。二.黄铜矿是最重要的

2、铜矿，全世界的2/3的铜是由它提炼的。1 .右图为黄铜矿的晶胞。计算晶胞中各种原子的数目，写出黄铜矿的化学式；2 .在高温下，黄铜矿晶体中的金属离子可以发生迁移。若铁原子与铜原子发生完全无序的置换，可将它们视作等同的金属离子，请说出它的晶胞。3 .在无序的高温型结构中，硫原子作什么类型的堆积金属原子占据什么类型的空隙该空隙被金属原子占据的分数是多少4 .计算黄铜矿晶体的密度；（晶胞参数：a=,c=;相对原子量：CuFeS）。解：1.各种原子的数目Cu,Fe,S:4,4,8;黄铜矿的化学式CuFeS;5 .它的晶胞与ZnS晶胞相同；但金属离子随机性为50%;（如图）；6 .硫原子作A型（立方F）

3、堆积；金属原子占据四面体空隙；该空隙被金属原子占据的分数17 .容易计算黄铜矿晶体的密度cm3.三.冰晶石（NaAlF6）用作电解法炼铝的助熔剂。冰晶石晶胞是以大阴离子（A1F63）构成的面心立方晶格，Na卡可看作是填充在晶格的空隙中，已知冰晶石的密度为cm,AlF键长181pm,相对原子质量：Na;Al;F。1 .指出A1F63配离子中心离子的杂化轨道类型、配离子空间构型和所属分子点群。2 .指出NaAlF6的点阵形式；阴离子作何种形式的堆积，阳离子占据何种空隙及占有率；写出它们的分数坐标。3 .计算冰晶石晶体的晶胞参数。sp3d2杂化；配离子空间构型为正八面体;4 .计算Na卡的半径。解：

4、1.AlF63配离子中心离子的杂化轨道类型为所属分子点群为Q。F;阴离子作Ai型堆积，阳离子占据 100%1面体空及2.NaAlF6的点阵形式为立方100%H面体空隙；它们的分数坐标为AIF63Na :：(0, 0(1/4 , (3/4 (1/20)1/41/41/2(1/21/4 )1/4 )1/2 )1/2 ,(1/4(3/4(1/2 ,1/4,3/4 )3/4 )(0, 0, 1/2 )(01/2) (1/4 (3/4 1/2 ,(0 3/4 , 3/40)1/2 , 1/4 )1/4 )(1/2 ,1/2 ) (1 分); (1/4 , 3/4 , (3/4 , 3/4 ,0, 0).

5、3/4 )3/4 )3 .晶胞内含个Na3AlF6单元，NaAIF6摩尔质量为 210g/mol。设晶胞边长为a,则210 46.02 1 0232.95 a=780pm4 . R-=181pm, R+按四面体空隙计算.3_ a R 156 pm ；按八面体空隙计算为4209pm（舍去）真实值为157Pm.四.CaCux合金可看作由下图所示的a、b两种原子层交替堆积排列而成：a是由Cu和Ca共同组成的层，层中CuCu之间由实线相连；b是完全由Cu原子组成的层，Cu-Cu之间也由实线相连。图中由虚线勾出的六角形，表示由这两种层平行堆积时垂直于层的相对位置。c是由a和b两种原子层交替堆积成CaCu

6、的晶体结构图。在这结构中：同一层的CaCu为294pm；相邻两层的CaCu为327Ps1 .确定该合金的化学式；2 .Ca有几个Cu原子配位（Ca周围的Cu原子数，不一定要等距最近）；Cu的配位情况如何，列式计算Cu的平均配位数；3 .该晶体属何种晶系；写出各原子的分数坐标；计算晶胞参数。4 .计算该合金的密度（CaCu）5 .计算Ca、Cu原子半径。abcOCa-Cu解：1 .在a图上划出一个六方格子，则容易看出，该合金的化学式为CaCus；2 .在a图上容易看出，Ca周围有6个Cu原子，结合c图看出，Ca有18个Cu原子配位；Cu的配位情况：在a图上容易看出，3配位6个；在c图侧面上看出，

7、4配位9个；Cu的平均配位数为18/5=;3 .该晶体属六方晶系；各原子的分数坐标为(0,0,0)(1/3,2/3,0)(2/3,1/3,0)(1/2,0,1/2)(0,1/2,0)(1/2,1/2,1/2)3222晶胞参数为a294,a=509pm;(c/2)+(a/2)=327;c=410pm；340.1563.5八,34 .合金的管度206.45g/cm；NAa2csin600a5 .C&Cu原子半径：RCu126pm；RCa294RCu168pm.4五(2004年全国高中学生化学竞赛决赛6分)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

8、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2所示。L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，若每个空隙填人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x10-5gm3)的多少倍(氢的相对原子质量为；光速c为2.998X108m-s-1;忽略吸氢前后晶胞的体积变化)。解：L晶胞结构见图4。图4 UN“品葩精枸2 .晶胞中含有1个La原子和5个Ni原子3 .计算过程:六

9、方晶胞体积：V=a2csin120°=x10-8)2Xx10-8x31/2/2=x10-24cm3氢气密度9X1.0Q8E_荷)22黑12VR9.774X10M=01678g'cm-1瓦韶玲？"10XI）大了1.87N1O5倍3一是氢气密度的X10倍。六.铝是我国丰产元素，探明储量居世界之首。铝有广泛用途，例如白炽灯里支撑鸨丝的就是铝丝；铝钢在高温下仍有高强度，用以制作火箭发动机、核反应堆等。铝是固氨酶活性中心元素，施铝肥可明显提高豆种植物产量，等等。1 .铝的元素符号是42,写出它的核外电子排布式，并指出它在元素周期表中的位置。2 .铝金属的晶格类型为体心立方晶格

10、，原子半径为136pm,相对原子质量为。试计算该晶体铝的密度和空间利用率。3 .电目有一种含氧酸根MoxOy"（如右图所示），式中x、V、z都是正整数；Mo的氧化态为+6,O呈-2。可按下面的步骤来理解该含氧酸根的结构：A.所有Mo原子的配位数都是6,形成MoQ6,呈正八面体，称为“小八面体”（图A）;8 .6个“小八面体”共棱连接可构成一个“超八面体”（图B）,化学式为MO6Q92;（图C）;,化学9 .2个“超八面体”共用2个“小八面体”可构成一个“挛超八面体”式为M010Q84+;D.从一个“挛超八面体”里取走3个“小八面体”，得到的“缺角挛超八面体”（图D）便是本题的目标物M

11、0xQ（图D中用虚线表示的小八面体是被取走的）。ABCD求出目标物MOxQ”的化学式，说明以上中间物化学式的来由。4 .如图所示为八铝酸的离子结构图，请写出它的化学式；5 .铝能形成六核簇合物，如一种含卤离子Mo6c184+,6个Mo原子形成八面体骨架结构，氯原子以三桥基与与Mo原子相连。则该离子中8个C1离子的空间构型是什么解：1 .铝的元素符号是42,它的核外电子排布式为Kr4d55s1;它在元素周期表中的位置为第五周期V!b族；3. (A).显然“小八面体”(图A)化学式为MoQ"(B) . “超八面体”(C) .“挛超八面体”(D) .目标物(图(参考如下投影图(图 B),化

12、学式为Mo6Q6+6*4/2+6/6=19) 2；(图 C),化学式为Mo(6+4=10) Qi9+2*3+3=28)D),化学式为Mo(10-3=7) O(28-4=24) & ；A,B,C,D )4+4 .八铝酸的化学式为MO(10-2=8) 028-2=26)(参考投影图 E)；5.电目的一种含卤离子Mo6c18 4+的8个Cl离子的空间构型是正方体，(如下图)。2 .晶体电目的密度为cmf;空间利用率为(C)(D)(投影图A,B,C,D,E)七.（2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题1）在酸化鸨酸盐的过程中，鸨酸根WO可能在不同程度上缩合形成多鸨酸根。多鸨酸根的组成常因溶

13、液的酸度不同而不同，它们的结构都由含一个中心W原子和六个配位。原子的鸨氧八面体wo通过共顶或共边的方式形成。在为数众多的多鸨酸根中，性质和结构了解得比较清楚的是仲鸨酸根H2WO210和偏鸨酸根H2WO06。在下面三张结构图中，哪一张是仲鸨酸根的结构简述判断理由。解：图M展现在画画上的通个构转八面体的M版子酒过赳顶其边部成图中所示的-i&=15t6网层结物.共有权原子6+15+15-6=42个所以国（相）足朴鸨酸帙凡'%?fXjg的抽构.困口小鳍构应含10今牝拟八曲仲,它们的轼腺于逋过共度共边推列成I，4，9，1，9】4，1的原状给拘.共有制原户】+4+9+449士4+=32个.

14、肉钙短人面题才:足12个，图：6不公是坤拾时既的结构,而是十包鹿根WJKr的站例.一”）由中方12个一发八面体.形康r4个有3个人向侔共Bi又共3白边的W。“单元锌个wj；m单元的外恻而有片个翅值子内向面有了个轼原孑.；个WJZ单元又通过共用内侧面粉辿的班旗子形成四面体结梅四瓦体的布条边匕共用2个以原子.5篇边下刖R用于为"个所以H最子总数为小乂洋一以工第个,田代1应当是偏科触椎乩血-Oj的结构.提示：考察八面体的投影图，可以得到更清楚地认识。八.铝、鸨化学的一个重要特点是能形成同多酸和杂多酸及盐。例如：将用硝酸酸化的（NH）2MoO溶液加热到230C,加入NaHP嗡液，生成磷铝酸钱

15、黄色晶体沉淀。经X射线分析结果得知，该杂多酸根是以PO四面体为核心，它被MoO八面体所围绕，如右上图。该图可以这样来剖析它：它的构成，由外而内，把它分为四组，每组三个MoO八面体共用三条边，三个MoO共顶的氧再与PO四面体中的氧重合为一。每组如右下图所示；每组之间再通过两两共顶，连成一个整体，形成杂多酸根PMocyzo请写出X、Z_的具体数值；并扼要叙述推导过程：解：X=12Y=40Z=3;推导过程：每个杂多酸离子含一个PO,所以在化学式中有1个P原子；有12个MoO/1面体，故有12个Mo每个MoOA面体有1个顶点氧原子，为三个八面体共用，四个顶点氧原子为两个八面体共用，其中两个为同组八面体

16、共用，另两个与另一组八面体共用，还有一个顶点氧原子不共用；故每个MoO八面体含有白氧原子为1X1/3+4X1/2+1=10/3,所以12个WO#有氧原子：12X10/3=40;P的氧化数为+5,Mo为+6,故整个酸根带3个单位负电荷。九.（2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题4）轻质碳酸镁是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品，它的生产以白云石（主要成分是碳酸镁钙）为原料。右图是省略了部分原子或离子的白云石晶胞。1写出图中标有1、2、3、4、5、6、7的原子或离子的元素符号。2在答题纸的图中补上与3、5原子或离子相邻的其他原子或离子，再用连线表示它们与Mg的配位关系。解:1J1

17、ME03n.4<5().6Ca-7Mg为连接关系如下图所示口十.（2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题7）沸石分子筛是重要的石油化工催化材料。下图是一种沸石晶体结构的一部分，其中多面体的每一个顶点均代表一个T原子（T可为Si或Al）,每一条边代表一个氧桥（即连接两个T原子的氧原子）。该结构可以看成是由6个正方形和8个正六边形围成的凸多面体（称为B笼），通过六方柱笼与相邻的四个B笼相连形成的三维立体结构，如下图所示：10-1.完成下列问题：1若将每个B笼看作一个原子，六方柱笼看作原子之间的化学键，上图可以简化成什么结构在答题纸的指定位置画出这种结构的图形。2该沸石属于十四种布拉维点阵

18、类型中的哪一种指出其晶胞内有几个B笼。3假设该沸石骨架仅含有Si和。两种元素，写出其晶胞内每种元素的原子数。4已知该沸石的晶胞参数a=nm,试求该沸石的晶体密度。（相对原子质量：Si：O：）10-2.方石英和上述假设的全硅沸石都由硅氧四面体构成，下图为方石英的品胞示意图。oSi-0Si-O键长为nmAED=109O28'1求方石英的晶体密度。2比较沸石和方石英的晶体密度来说明沸石晶体的结构特征。10-3.一股沸石由负电性骨架和骨架外阳离子构成，利用骨架外阳离子的可交换性，沸石可以作为阳离子交换剂或质子酸催化剂使用。下图为沸石的负电性骨架示意图：©请在答题纸的图中画出上图所示负

19、电性骨架结构的电子式（用“”表示氧原子提供的电子，用“”表示T原子提供的电子，用“*”表示所带负电荷提供的电子）。解:7-1.口是全南石牯构.馅构如上图琳东，2口置洪石所同点苒类笑为*力曲心晶第内含B个p3t.3四为每个皿的内：kF+F筐每个3院有21个Si面于和48个八原广因此血咂中厚子数分别为S”】UM63K4J晶体宓度计箝P=e=X和ep 履/m* = 14? kgdm1_空。£生4±10X3&46.uZ*】炉*戈iq工2.34又门此部尚SiO,数为由*8乂与46父±+.1=厮C：BX2-IX.即此品髓共漕有S个晶袍中SiOj的怠面蜓皿=£

20、+M口Xi1XS=卜乙箝x】qT、晶犯妁体帜"一=< 2, ：41 X L fi2 X(28,o-bieLoxa>xai声mj6«io*a»xzr=4,J9X10"r*m'品障密度；7. 9?X 10V 4 19X lorh lr 9。kg * dm成林体由咙-L9D江星*dE.2沸有品体的的度际显小于石英储醇铝定度说啕涛日品停发有君孔的姑为特LU10-3，一跖墨晶体由层状石墨，'分子"'按ABAfl方式I堆积而成.如图1所示,图中用虚裸标出r石器的一个六方晶胞.4-1试确定谟晶胞的碳原子个数.4-2写出品胞

21、内各碳的原子坐相勺4-3已知石盘的层间距为334.Hpm.CC键长为142m4计算石墨晶体的密度立（二）五墨可用作锂离子电池的负极材料,充电时发生下述反应：Ue.G+力口,+#/一口味其结果是LT嵌入石噩的A上层间,导致石墨的层堆积方式发生改变，形成化学式为UQ的嵌入化合物口4-4图2给出一个沿c柏投影在A层上的位置,试在图2上标出与该离子临近的其他6个U*的投影位置.4-5在nq中，U”与相邻石墨六元环的作用力属何种豌型？4-6某石墨嵌入化合物舞个六元环都对应一个解:M冲(-1阿航(虱,血,依如)近四以1-5肝豌M端4 -6区岫腓24-7腼丽小啊+即4-8咻购”1*小4-9小力帆酬心腋的不鼠

22、十二.石墨能与熔融金属钾作用，形成兰色的G4K、灰色的G8K、G°K等。(1)有一种青铜色的CXK中K(用o表示)的分布如图所示，则x为多少有一种石墨化合物为GK,在图标出K的分布情况(用X表示)；(3)另有一种石墨化合物G2K,其的分布也类似图的中心六边形，则最近两个K原子之间的距离为石墨键长的多少倍解：(1)利用面积法，一个C六边形面积对应2个C;取一个正三角形，K为(1/6)X3=1/2,C为4,故*=8;(2)上图虚线六边形(K六边形)各边中点相连，即可；(3)利用面积法，K六边形面积是C六边形面积32/2=16倍，那么K六边形的边长是C六边形边长的4倍。稀有气体十三.自发现

23、稀有气体以来，人们对其反应活性的零星研究一直没有停止过化合物一度成为世界范围内的研究热门。(1)稀有气体氤能和氟形成多种氟化物，实验测定在353K、时，某气态氟化物试样的密度为cm,试确定该氟化物的分子式;(2)该化合物的电子排布为构型；(3)该化合物的晶体结构已由中子衍射测定，晶体属四方晶系产品，a=,c=699pm，晶胞中有两个分子，其中Xe：(0,0,0)、(1/2,1/2,1/2),F:(0,0,z)、(0,0,-z),假设Xe-F键长200Pmi计算非键FF、XeF的最短距离。并画出一个晶胞图。解：(1)XeF2(2)三角双锥(3)RF-f=299pm,Re-Ag=340pmo-Qo

24、n十四.PdO属四方晶系，在其晶体中，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，呈何种立体构型解：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，Pd"采用dsp2杂化呈平面四方形，故晶胞中含有四个Pd原子。图有错。距离Pd原子最近的原子为氧原子，有Pd原子和。原子分别以层状排布，其中 O原子层4个，呈平面四方形。o处与顶心,上、中、下面面心,棱心为。原子处与体内的4个为Pd原子十五.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

25、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,2115211已知C原子的分数坐标为0,0,0和一二,一；Si原子的分数坐标为00和一一一332'83'3'8(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：(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-C53.键长为：1一c-505Pm189pm88十六.实验表明，乙烯在很低的温度下

26、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=?,b=?,c=?,晶体结构如图1所示。(1)该晶体的晶胞类型是。(2)晶体的理论密度是cm3。(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(，)，试计算C=C共价键长是?O解：(1)简单正交晶胞;(2) gcm-3;(3) ?十七.C6o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C6o有超导性，超导临界温度19K。研究表明KxCo的晶体结构中，C6o具有面心立方结构(与NaCl晶体结构中Na卡或C的排列方式类似)，而K卡填充

27、在其四面体和八面体空隙中，晶胞参数(相当于NaCl晶胞的边长)。(1) G。晶体类型与KxQ。晶体类型分别是、。(2)占据四面体空隙和八面体空隙中的E数之比是。(3) X=。(4)如果如半径为，则C60的分子半径约为。(5)计算KxC6o的密度。解：(1)分子晶体离子晶体(2) 2：1(3) 3(4)cm3十八.碳的第三种单质结构Go的发现是国际化学界的大事之一。经测定Go晶体为面心立方结构，晶胞参数a=1420pni每个a平均孔径为700pnQ0与碱金属能生成盐，如K3c60。人们发现K3G0具有超导性，超导临界温度为18K。K3c60是离子化合物，在晶体中以和G。3-存在，它的晶体结构经测

28、定也是面心立方，晶胞参数a=1424pm。阿伏加德罗常数为x1023mol-1,请回答：(1)画出Q。的晶胞。计算相邻C60球体最近距离，为什么这距离大于G。笼的孔直径。(3)相邻C6。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G。晶体中G。一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)&G0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，K3G0的晶OO体密度比Q0的晶体密度增大了多少解：(1)答案见右图。(2)最近距离(2dmin)2=a2+a2dm®2=2a2/4dmin=21/2/2=10

29、04pmdmin>700pm,说明在Q。晶体中，Q。G。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，是分子间作用力。G0G0间作用力应为分子间作用力，由于C60的摩尔质量大于C的摩尔质量，故作用力大些，dv335Ps(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:d=cm3K3c6Qd=cm3K3C60的晶体密度比C60增大了cm3十九(a

30、).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cm3到约为水的一倍半的g-cm-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。其中在冰一口中，每个氧有8个最近邻，其中与4个以氢键结合，上HO距离为295pm,另外4个没有氢键结合，距离相同。(1)画出冰一口的晶胞结构示意图(氧用。表示，氢用。表示)，标明共价键(一)和氢键(-)。(2)计算冰一口晶体的密度。解：(1)氧原子坐标：(0,0,0)、(1/2,1/2,1/2)(2)p=cm3(冰-口是密度最大的一种，密度与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微小误差)十九(

31、b).冰为六方晶系晶体，晶胞参数为a=,c=；晶胞中O原子的分数坐标为(0,0,0),(0,0,(2/3,1/3,1/2),(2/3,1/3,;(1)画出冰晶体的空间格子示意图；其点阵型式是什么结构基元是什么(2)计算冰的密度；计算氢键O-HI-O的键长。(3)画出冰的晶胞示意图解：(1)六方简单格子；结构基元为4HO;空间格子示意图为其中：a=b,=90o,=120o(2)密度D=ZM/NVV=2Sin60o*=*108pm3=*1022cMD=4*(2*+*1023mol-1*10-22cM)=(3)坐标为(0,0,0)与(0,0,的两个。原子间的距离即为氢键的长度rr=*=(4)图4米生

32、的结构二十.(2004年全国高中学生化学竞赛决赛4题)日本的白川英树等于1977年首先合成出带有金属光泽的聚乙快薄膜，发现它具有导电性。这是世界上第一个导电高分子聚合物。研究者为此获得了2000年诺贝尔化学奖。(1)写出聚乙快分子的顺式和反式两种构型。再另举一例常见高分子化合物，它也有顺反两种构型(但不具有导电性)。(2)若把聚乙快分子看成一维晶体，指出该晶体的结构基元。(3)简述该聚乙焕塑料的分子结构特点。(4)假设有一种聚乙快由9个乙快分子聚合而成，聚乙快分子中碳一碳平均键长为140pm若将上述线型聚乙快分子头尾连接起来，形成一个具有很好对称性的大环轮烯分子，请画出该分子的结构。p_题兀电

33、子在环上运动的能量可由公式一如区给出，式中h为普朗克常数x10-34Js),me是电子质量(x10-31kg),l是大环周边的长度，量子数n=0,士1,士2,计算电子从基态跃迁到第一激发态需要吸收的光的波长。(5)如果5个或7个乙快分子也头尾连接起来，分别形成大环轮烯分子，请画出它们的结构。(6)如果3个乙快分子聚合，可得到什么常见物质。并比较与由5、7、9个乙快分子聚合而成的大环轮烯分子在结构上有什么共同之处。(7)预测由3、5、7、9个乙快分子聚合而成的化合物是否都具有芳香性作出必要的说明。解:(1)C=CC=CC=CC=C(反式)杜仲胶(2) CH C+ CH C+(3)聚乙快的结构单元

34、是CH每个碳原子轨道都是sp2杂化，形成了三个共平面的，夹角约120。的杂化轨道，这些轨道与相邻的碳氢原子轨道键合构成了平面型的结构框架。其余未成键的Pz轨道与这一分子平面垂直，它们互相重叠，形成长程的兀电子共轲体。(4)国3舱埠结构E =%制-0 * ± I« ± 2 * 土 3.2 m4大环周边长度 Z - IS x 14。= 2,52 x icP pm =2»52 runhe_he?受这AEi渭9h2mJ2.2，丸Igx11乂xZ.QQgKiyx(2-52xIO，#)19>6.626mlL=5+82x1(T'E=532nm吸收的波长5

35、tQ4(6)苯，都有3个顺式双键(苯看作单双键)10(7)6轮烯(苯)、14轮烯、18轮烯都具有芳香性；10轮烯不具有芳香性。轮烯虽然兀电子也满足4n+2,但环内的2个氢原子的相对位置破坏了环的平面性。二十一.ReO3具有立方结构，Re原子处于晶胞顶角，。原子处于晶胞每条棱上两个Re原子的正中央。1 .阳离子和阴离子的配位数2 .如果一个阳离子被嵌入ReO结构的中心，则得到什么类型的晶体结构化学式是什么3 .画出此类型晶体晶胞示意图；4 .描述三种离子的配位情况。解：1.Re:.=6;O:.=22 .钙钛矿型；ABO3；3 .如下图；Ca、Ti和O原子分别处在它的顶角、体心和面心的位置上。4

36、.Ca2+12个O2一围绕12面体Ti4+6个O2围绕八面体C22个Ti4+和4个Ca2+围绕八面体.二十二.（中国化学会第20届全国高中学生化学竞赛试题第8题（9分）超硬材料氮化钳是近年来的一个研究热点。它是在高温、超高压条件下合成的（50GPa2000K）。由于相对于钳，氮原子的电子太少，衍射强度太弱，单靠X-射线衍射实验难以确定氮化钳晶体中氮原子数和原子坐标，2004年以来，先后提出过氮化钳的晶体结构有闪锌矿型、岩盐型（NaCl）和萤石型，2006年4月11日又有人认为氮化钳的晶胞如下图所示（图中的白球表示氮原子，为便于观察，该图省略了一些氮原子）。结构分析证实，氮是四配位的，而钳是六配

37、位的；Pt-N键长均为，Nl-N键长均为pm（对比：N2分子的键长为）。1氮化钳的上述四种立方晶体在结构上有什么共同点2分别给出上述四种氮化钳结构的化学式。3试在图上挑选一个氮原子，不添加原子，用粗线画出所选氮原子的配位多面体。4请在本题的附图上添加六个氮原子（添加的氮请尽可能靠前）。解：1.氮化钳的上述四种立方晶体在结构上的共同点是：钳原子面心立方最密堆积。2上述四种氮化钳结构的化学式依次为PtN、PtN、PtN2、PtN2.3红线画出了所选氮原子的配位多面体。4附图上添加了六个氮原子。二十三.（中国化学会第20届全国高中学生化学竞赛试题第11题）磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作

38、金属的表面保护层。磷化硼可由三澳化硼和三澳化磷在氢气中高温反应合成。1 .写出合成磷化硼的化学反应方程式。2 .分别画出三澳化硼分子和三澳化磷分子的结构。3 磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积，硼原子填入四面体空隙中。画出磷化硼的正当晶胞示意图。4已知磷化硼的晶胞参数a=478pm,计算晶体中硼原子和磷原子的核间距。5 画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影（用实线圆圈表示P原子的投影，用虚线圆圈表示B原子的投影）。解：1.合成磷化硼的化学反应方程式为BBr3+PBr3+3H=BP+6HBr2.三澳化硼分子和三澳化磷分子的结构为BrBBrPBrBrBrBrBr平面三角形三角锥3 .磷化硼的正当

39、晶胞示意图为4 .晶体中硼原子和磷原子的核间距（dB-p）为dB-P=143a-V'3478Pm207pm445 .磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影如下图二十四.（中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛试题第6题12分）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？，具有-CoQ-H2O-Na-H2O-层状结构；在以“CoO”为最简式表示的二维结构中，钻原子和氧原子呈周期性排列，钻原子被4个氧原子包围，Co-O键等长。1 钻原子的平均氧化态为。2 以O代表氧原子，姒代表钻原子，画出CoO层的结构，用粗线画出

40、两种二维晶胞。二十五.（中国化学会2005年全国高中学生化学竞赛试题第2题12分）为纪念1905年爱因斯坦连续发表6篇论文导致物理学大变革100周年，今年被定为国际物理年。本题涉及的“热电效应”机理也是爱因斯坦首先阐释的，即他提出的被后人称为“爱因斯坦振荡器”的独立振荡原子与温度关系的模型。1左上图是热电效应之一的图解。给出图中所有英文单词（或词组）及物理学符号的意义,并为此图写一篇不超过200字（包括标点符号等）的说明文。解:input输入hot热（端）cold冷（端）heatflow热流I电流强度nn型半导体pp型半导体i+正电流说明文如下向热电材料构成的半导体的n-p结的远端输入外电流，

41、半导体发生空穴导电，电流流经n-p结时发生复合，外电流输入的能量转化为热流，使n-p结的温度越来越低，而其远端的温度越来越高，即有类似冰箱制冷的效应。2下图是化学家合成的能实现热电效应的一种晶体的晶胞模型。图中的大原子是稀土原子，如例；小原子是周期系第五主族元素，如睇；中等大小的原子是周期系VIII族元素，如铁。按如上结构图写出这种热电晶体的化学式。给出计算过程。提示：晶胞的6个面的原子数相同。设晶体中睇的氧化态为一1,例的氧化态为+3,问：铁的平均氧化态多大解：化学式LaFe4Sb12铁的氧化态9/4=计算化学式的过程如下：晶胞里有2个La原子（处于晶胞的顶角和体心）；有8个Fe原子（处于睇

42、形成的八面体的中心）；睇八面体是共顶角相连的，平均每个八面体有6/2=3个睇原子，晶胞中共有8个八面体，8x3=24个睇原子；即：La2Fe8Sb24二十六.（中国化学会2005年全国高中学生化学竞赛试题第8题12分）LiCl和KCl同属NaCl型晶体，其熔点分别为614c和776C。Li+、K+和Cl-的半径分别为76pmr133Pm和181Pmi在电解熔盐LiCl以制取金属锂的生产工艺中，加入适量的KCl晶体，可使电解槽温度下降至400C,从而使生产条件得以改善。1 简要说明加入熔点高的KCl反而使电解温度大大下降的原因；解：熔点降低效应；或形成有低共熔点的二元体系；或固相不互溶，而在液相

43、中产生混合嫡°2 有人认为，LiCl和KCl可形成固溶体（并画出了“固溶体的晶胞”）。但实验表明，液相LiCl和KCl能以任意比例混溶而它们的固相完全不混溶（即不能生成固溶体！）。请解释在固相中完全不混溶的主要原因。解：在固相中，离子呈周期性排列，对“相似相溶”的“相似条件”的要求比液相中严格得多。LiCl和KCl的结构型式相同，Li+和K+的电价相等，Li和K的电负性差别也有限。显然，两个组分在固相中完全不互溶源于Li+和K+的半径差别太大。3写出计算LiCl和KCl两种晶体密度之比的表达式（须包含离子半径的符号）；DLiClmV LiCl4M LiClM LiCl3 aKClM

44、LiCl3 aLiClNaDKClm4MKClM KCl3 aLiClM KClV KClaKCl3NaM LiClr rKClM KClr rLiCl解:rKrClrr21 LirCl'4在KCl晶体中，K离子占据由Cl-离子围成的八面体空隙，计算相距最近的八面体空隙中心之间的距离。解：2. 2ya = Y rK%(133+181) X2pm= 444pm8-5实验证明，即使产生了阳离子空位，KCl晶体在室温下也不导电。请通过计算加以说明。解：可按如下思路说明：离子晶体能够导电是由于离子离开原位而迁移到距离最近的空位所致。迁移中必须经过由异号离子围成的最小窗孔。比较离子半径和窗孔的大

45、小，可判断能否发生迁移，即能否成为快离子导体。取体积为KCl正当晶胞体积1/8的小立方体（见图）来考虑。三个分布在正当晶胞0,0,0;1/2,0,1/2;0,1/2,1/2位置的Cl-围成的三角形半径为：12 22-a4、6rClarCl- rK666rCl 2 iCl 133pm 181pm 181pm3该半径远小于K+的半径，K+不能穿过此窗口，因而KCl晶体不能成为固体离子导体。大白球为Cl-,黑球为K+,虚线球为空位。二十七.（第38届国际化学奥林匹克竞赛理论试题）Fe304（磁铁矿）本身是一种含有Fe2+、Fe3+的混合氧化物，属于ABQ（尖晶石）型化合物。其中氧离子作面心立方最密堆

46、积。下图示出了氧离子（灰球）的堆积形式与二价A离子、三价B离子的代表性位置。墨球代表一个正四面体中心，白球代表一个正八面体中心。1 .在一个ABQ单元中，铁离子有多少个可填充的正八面体空隙图中某些空隙是被相邻的单元共同拥有的。解：正八面体空隙4个；ABQ可采用常式与反式尖晶石结构。在常式尖晶石中，两个B离子分别占据两个八面体空隙；一个A离子占据一个正四面体空隙。在反式尖晶石结构中，两个B离子中的一个占据正四面体空隙，另一个B离子和A离子占据正八面体空隙。2 .在Fe3Q中，有百分之几的可填充的正四面体空隙被Fe2+或Fe3+占据解：1/8;3 Fe30属于反式尖晶石结构，t#画出在晶体场中Fe

47、2+的分裂形式并填入电子。电子成对能大于八面体场分裂能。解：卜:时4二十八.（中国化学会第20届全国高中学生化学决赛竞赛试题第4题）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：（1） 这个基本结构单元由12个硼原子组成，键角是60,共含有30个B-B键。（2） 在每个B-B键长的三分之一处切掉所有的硼原子，形成的是32面体。如果在此新形成的多面体的每个顶点上换上碳原子，就是一种新的微粒，具化学式为C60截角二十面ft,F=32（正五暹形X12、正六暹形X20）;V=60;E=90第4题Q2分

48、）硼氢化钠是一种重要的还原剂，可用于纸光漂白、酸的的还原及含汞污水的处理等等。近年来，科学家十分关注硼氢化钠用作储氢介质的研究。2005年GJ.G而EfbM和工Emmitt考查了硼氢化钠的辞解反应，发现它与乙博反应的产物A是由互相平行的一维链组成的晶4-1写出硼氨化钠与乙醉反应的化学反应方程式。Q分）4.2根据A中存在的作用力类型说明A属于何种晶体，Q分）“3画出A的一维结构示意图，确定A的结胸基元，抽出一维点阵（6分）IA中Na的配位数为多少？碉原子杲取什么杂化？（2分）4-5棚的一种同素异构体是由以B为顶点的一十面体）单位和单个B原子组成的晶体，其晶胞参数为日=b=875,6pm/=501

49、8pm,晶体密度p=23IOgcm晶胞沿心显c轴的投影图如下：ooOAo6II0一二一bO一0"C0012单个B未调出沿。或。物的投影沿C轴的6骞（I）计算晶胞中的原子数,（4分）（2）画出晶胞示意图.（2分）确定晶体的结构基元、点库型式及特征对称元素，（4分）解:4-1nNaBH4+4nCH3CH2OH-NaB（OC2H5）4ff+4«H2t（分子式错误，方程式未配平不得分；未写内不扣分）4-2A属于混合晶体。4-3NaB（OC2H6”的一维结构示意图及一维点阵如下：4d Na的配位数为4 , B原子采取城杂仇（2分）4-52 阚p W（用）-Mn/（a cA”） n =

50、 /JL F l（各1分,共2分）?!2310X875.62X50Z8X0-SllX64023X102710.81（1 分）晶胞示意图。分）Be （单个B原子未画出）（2分）点阵型去四方P结构基元犯述2B （或答素晶胁（将结曲基元回答为5OB可赛1分）特征对称元素：44（1分）（2分）。分）二十九.（中国化学会第20届全国高中学生化学决赛竞赛试题第2题）第2题（14分）自然界中许多金属和丰金属形成的矿物微粒的粒度介于纳米微米之间，并呈现出不同的晶体形谷和特殊的物理学性能，我国已发现多个储量丰富的大型天然纳米非金属矿床,M膨间土是一种天然纳米矿物材料，主要成分为蒙脱石，蒙脱石是层状结构的硅酸盐矿

51、物，在一定地质条件下可形成厚度为纳米尺寸的层状晶体。不考虑层间水和阳离子置换时，化学式为AbSiQMOHL将下面蒙脱石晶体结构图中与中心Al原子配位的0原子和OH原子团用短线连接起来（A1的配位多面体共边），指出配位多面体的空间构型.（4分）0八00000。S0。:0*0°00丁000。%°。0O O, OOP O*o O七 OO 。A1Si0E02-2非金属纳米矿物开采出来后，需经选矿、化学提纯才能应用，（1）当矿物中含有Cu$、ZnS杂质时，将适量浓硫酸拌入矿粉，加热，充分搅拌，待反应完全月用水稀释、过滤、清洗，可将这些杂质分离除去，从环保和经济的角度，应尽量减少硫酸的

52、用量，写出化学反应方程式。加水稀释的目的是什么？（2.5分）Q）当矿物中含有A%与、S曲2杂质时，加入硫化钠和少量氢氧化钠的混合溶液，加热搅拌，待反应完全后经过滤、清洗，可格杂质分离除去写出主耍化学反应方程式，为什么需加氢氧化钠溶液？（2.5分）2-3若膨润土中含电0味白度就会受到影响，须进行漂白处理：在硫酸介质中用连二亚硫酸钠作漂白剂进行漂白;加水漂洗后加入氨基三乙酸钠kn与a）,结合残留的亚铁离子，以维持产品的白度。（1）写出漂白过程的离子反应方程式，（2分）（2）写出氮基三乙酸钠与亚铁离子结合生成的2;I型单核配合物的化学式及阳离子的结构式。（3分）解:第2题（14分）（3分）JU/0H

53、O®-o空间构型：八面体2-2(1)ZnS4"2H2SO4-=ZnSO1S03+S+2H2OCuS+2H5SO4=CuSO4+SO2+S+2H2O加水的目的是浸取反应生成的可溶性琉酸盐。(2)As2SJ+3Na2S=2Na?AsS)SnSi+N由SNaSnSs加入氢氧化Wl目的是防止破化钠水解。2*3SA2i+FciOj+2H+=2SOf+2Fe+%0Na.FeAjM要求画出错的超位多面体（1分）。分）0分）（0.5分）（1分）。分）（0.5分）Q分）三十.G4Hb4有三种特殊的同分异构体A、BC,它们都是笼状结构，不含有双键和三键；它们都只有一种一氯取代物，而二氯取代物不

54、完全相同。试画出或说明A、B、C的碳原子空间构型和二氯取代物的具体数目，并比较A、B、C分子的稳定性。解：A.截角立方体,正方体去8个顶点，C原子组成8个正三角形和6八边形;F=14,v=24,E=36;共有3+10-3=10种二氯取代物；注意，异构体数的计算最好找一个平面。如下图B.截角八面体，正八面体去6个顶点，C原子组成6个正方形和8个正六边形；F=14,v=24,E=36;共有11种二氯取代物；C.正十二棱柱；共有13种二氯取代物稳定TB>A>C;四元环，六元环稳定。可燃冰3个体木合物的辘”3气体水合物是一类通过LLO氢键将止0分子结合成三维骨架型的主体结构，在其中有多面体孔穴.孔穴中包含作为客体(G的气体小分子，形成茏形水合包合物晶体。根据客体分子的大小和形状.水分子可组成多种形式的主体骨架结构：已知有上百种气体分子和水形成水合包合物。表2列出若干实例，图7示出表2中所列的多面体的结构。：$”)5%，3切心审口铲fflt气体水合物