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学而优,教有方PAGEPAGE1选择性必修2人教版2019版第三章晶胞结构及有关简单计算知识梳理1.熟悉几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目A.NaCl(含4个Na+,4个Cl-)B.干冰(含4个CO2)C.CaF2(含4个Ca2+,8个F-)D.金刚石(含8个C)E.体心立方(含2个原子)F.面心立方(含4个原子)2.掌握晶胞的基本计算方法(1)晶胞中所含粒子数的计算方法——均摊法原则:晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞对这个粒子分得的份额就是eq\f(1,n)。(2)计算方法特别注意:①当晶胞为六棱柱时,其顶点上的粒子被6个晶胞共用,每个粒子属于该晶胞的部分为eq\f(1,6);而不是eq\f(1,8)。②审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”,若是分子结构,其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定,原子个数比不约简。3.有关晶胞各物理量的关系对于立方晶胞,可简化成下面的公式进行各物理量的计算:a3×ρ×NA=n×M,a表示晶胞的棱长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数,n表示1mol晶胞中所含晶体的物质的量,M表示摩尔质量,a3×ρ×NA表示1mol晶胞的质量。如NaCl:a3ρNA=4M(M=58.5)。典型例题例题:某离子晶体的晶胞结构如图所示。试回答下列问题:(1)晶体中每个Y同时吸引着________个X,每个X同时吸引着________个Y,该晶体的化学式是________。(2)晶体中在每个X周围与它最近且距离相等的X共有________个。(3)设该晶体的摩尔质量为Mg·mol-1,晶胞的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中两个最近的X间的距离为________cm。强化训练:1.下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构,其中R为+2价,G为-2价,则Q的化合价为________。2.已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如下图,则LaNin中n=________。3.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物,其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为________。4.(1)硼化镁晶体在39K时呈超导性。在硼化镁晶体中,镁原子和硼原子是分层排布的,下图是该晶体微观结构的透视图,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。(2)在硼酸盐中,阴离子有链状、环状等多种结构形式。下图是一种链状结构的多硼酸根,则多硼酸根离子符号为________。5.已知下图所示晶体的硬度很可能比金刚石大,且原子间以单链结合,试根据下图确定该晶体的化学式为________________。5、金刚石的晶胞如图,若以硅原子代替金刚石晶体中的碳原子,便得到晶体硅;若将金刚石晶体中一半的碳原子换成硅原子,且碳、硅原子交替,即得到碳化硅晶体(金刚砂)。(1)金刚石、晶体硅、碳化硅的熔点由高到低的排列顺序是________________(用化学式表示)。(2)金刚石的晶胞参数为apm(1pm=10-12m)。1cm3晶体的平均质量为________________g(只要求列算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。6.氮化铬的熔点为1770℃,它的一种晶体的晶胞结构如图所示,其密度为5.9g·cm-3,氮化铬的晶胞边长为________nm(列出计算式)。7。一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置,若两者的比例依次用x和1-x代表,则该化合物的化学式表示为________;通过测定密度ρ和晶胞参数,可以计算该物质的x值,完成它们关系表达式:ρ=________g·cm-3。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图1中原子1的坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(1,2),\f(1,2))),则原子2和3的坐标分别为________、________。8.随着科学技术的发展,阿伏加德罗常数的测定手段越来越多,测定精确度也越来越高,现有一种简单可行的测定方法,具体步骤为:Ⅰ.将固体NaCl研细、干燥后,准确称取mgNaCl固体并转移到定容仪器A中。Ⅱ.用滴定管向A仪器中滴加苯,不断振荡,继续加苯至A仪器的刻度线,计算出NaCl固体的体积为Vcm3。(1)步骤Ⅰ中A仪器最好用________(仪器名称)。(2)步骤Ⅱ中用酸式滴定管好还是碱式滴定管好:____________,理由是________________________________________________________________。(3)能否用胶头滴管代替步骤Ⅱ中的滴定管________,理由是_____________________________________________________________________________。间的平均距离为acm,则用上述测定方法测得阿伏加德罗常数NA的表达式为NA=____mol-1。例题解析此晶胞初看比较复杂,若将X、Y分开来看,X在晶胞中的位置类似NaCl中的Na+或Cl-,如图(a)。体内8个Y分别位于每个小立方体的中心,如图(b)。(1)从图(b)知,每个Y同时吸引着4个X,为方便观察,根据晶胞与晶体的关系,不难想像出图(a)与图(c)是等效的,所以由图(c)中心的X与图(b)中Y的关系知,每个X同时吸引着8个Y。所以此离子化合物的化学式为XY2(或Y2X)。(2)从图(c)中心的X来看,与它最近且距离相等的X处于小立方体平面四边形的面对角线上,共有12个。(3)因晶胞内X占8×eq\f(1,8)+6×eq\f(1,2)=4个,Y占8个,即有4个XY2(或Y2X)。故其物质的量为eq\f(4,NA)mol,质量为eq\f(4M,NA)g。设晶胞边长为acm,晶体中最近的两个X间的距离为lcm;由m=ρa3和l=eq\f(1,2)×eq\r(2)a得:l=eq\f(1,2)×eq\r(2)×eq\r(3,\f(m,ρ))=eq\f(1,2)×eq\r(2)×eq\r(3,\f(4M,NAρ))=eq\r(3,\f(\r(2)M,NAρ))。答案(1)48XY2(或Y2X)(2)12(3)eq\r(3,\f(\r(2)M,NAρ))强化训练1.答案+3解析晶胞中三种原子的个数分别为R:8×eq\f(1,8)+1=2G:8×eq\f(1,4)+8×eq\f(1,4)+4×eq\f(1,2)+2=8Q:8×eq\f(1,4)+2=4R、G、Q的个数之比为1∶4∶2,则其化学式为RQ2G4。由于R为+2价,G为-2价,所以Q为+3价。2.答案5解析根据晶胞结构可判断:La的个数:2×eq\f(1,2)+12×eq\f(1,6)=3Ni的个数:12×eq\f(1,2)+6×eq\f(1,2)+6=15所以n=5。3.答案CuH解析根据晶胞结构可以判断:Cu(eq\a\vs4\al\co1(●))的个数:2×eq\f(1,2)+12×eq\f(1,6)+3=6;H(eq\a\vs4\al\co1())的个数:6×eq\f(1,3)+1+3=6,所以化学式为CuH。4.答案(1)MgB2(2)BOeq\o\al(-,2)解析(1)每个Mg周围有6个B,而每个B周围有3个Mg,所以其化学式为MgB2。(2)从图可看出,每个单元中,都有一个B和一个O完全属于这个单元,剩余的2个O分别被两个结构单元共用,所以B∶O=1∶(1+2×eq\f(1,2))=1∶2,化学式为BOeq\o\al(-,2)。5.答案B3A45.答案(1)C>SiC>Si(2)eq\f(9.6×1031,a3NA)解析根据均摊法,立方金刚石晶胞中共有8个碳原子。1cm3晶体的平均质量为eq\f(\f(12×8,NA),a3×10-30)g=eq\f(9.6×1031,a3NA)g。6.答案eq\r(3,\f(4×52+4×14,6.02×1023×5.9))×107解析根据均摊法,晶胞中Cr原子的数目:eq\f(1,8)×8+eq\f(1,2)×6=4;N原子的数目:eq\f(1,4)×12+1=4;所以晶胞的质量m=eq\f(4×52+4×14,NA),密度ρ=eq\f(m,a3),所以a=eq\r(3,\f(4×52+4×14,NA×5.9))cm=eq\r(3,\f(4×52+4×14,6.02×1023×5.9))×107nm。7.答案SmFeAsO1-xFxeq\f(2[281+161-x+19x],a2cNA×10-30)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(1,2),0))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,0,\f(1,2)))解析由晶胞结构中各原子所在位置可知,该晶胞中Sm的原子个数为4×eq\f(1,2)=2,Fe的原子个数为1+4×eq\f(1,4)=2,As的原子个数为4×eq\f(1,2)=2,O或F的原子个数为8×eq\f(1,8)+2×eq\f(1,2)=2,即该晶胞中O和F的个数之和为2,F-的比例为x,O2-的比例为1-x,故该化合物的化学式为SmFeAsO1-xFx。1个晶胞的质量为eq\f(2×[150+56+75+16×1-x+19x],NA)g=eq\f(2[281+161-x+19x],NA)g,1个晶胞的体积为a2cpm3=a2c×10-30cm3,故密度ρ=eq\f(2[281+161-x+19x],a2cNA×10-30)g·cm-3。原子2位于底面面心,其坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(1,2),0)
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