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化学奥赛晶体结构习题


化学奥赛晶体结构习题
1.(8 分)科学家发现 C60 分子由 60 个碳原子构成,它的形状像足球(图 C) ,含有 C=C 键,因此又叫足球烯。1991 年科学家又发现一种碳的单质——碳纳米管, 是由六边环形的碳原子构成的具有很大表面积管状大分子 (图 D) , 图 A、图 B 分别是金刚石和石墨的结构示意图。图中小黑点或小黑圈均代表碳原子。

3.(3) 三氯化铁常温下为固体,熔点 282℃,沸点 315℃,在 300℃以上易升华。易溶于水,也易溶于乙醚、丙
(1)金刚石、石墨、足球烯和碳纳米管四种物质互称为同素异形体,它们在物理性质上存在较大的差异,其原因 是 ; (2)相同条件下,足球烯、石墨分别和气体单质 F2 反应时,化学活泼性的比较为足球烯比石墨 (填“活泼”、“一 样活泼”、“更不活泼”)理由是: ; (3)由右边石墨的晶体结构俯视图可推算在石墨晶体中,每个正六边 形平均所占有的 C 原子数与 C—C 键数之比为 ; (4)在金刚石的网状结构中,含有共价键形成的碳原子环、其中最小的环上有___个碳原子(填数字),每个碳原子 上的任两 个 C—C 键的夹角都是_____(填角度)。 (5)燃氢汽车之所以尚未大面积推广,除较经济的制氢方法尚未完全解决外,还需解决 H2 的贮存问题,上述四种 碳单质中有可能成为贮氢材料的是:_____。 (6)下列图象是从 NaCl 或 CsCl 晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断 NaCl 晶体结构的图象是 。

酮等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体为_________。 (4) 金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式,晶胞分别如右图所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际 含有的 Fe 原子个数之比为 ,Fe 原子配位数之比为 。

4.(1)某金属既有 ccp 堆积,又有 hcp 堆积的晶体。若 ccp 堆积的晶胞参数为 ac,则 hcp 堆积的晶胞参数为: a= ac ,c = ac。 (2)一些金属间化合物结构可看作由 CsCl 结构堆叠而成,例如 Cr2Al。试分别以 Cr 原子和 Al 原子为顶点,画 出两种晶胞,写出晶胞中原子的分数坐标。

A

B

C

D

27. (8 分,每空 1 分) (1) 碳原子排列方式不同; (2)活泼,足球烯含有 C=C 键容易加成; (3)2∶3 109.5° ) ; (5)碳纳米管; (6)B、C 2.(10 分) 在右图中: (1) 画出最小的重复四边形。 (2) 黑心、空心和黑球( )三种球的比例如何?

(4)6

109°28′(或

5. (8 分)锂离子电池的正极材料往往用锂、锰复合氧化物和锂、钴复合氧化物。锂、钴复合氧化物的晶体结构示 意图如右。锂、钴、氧原子的堆积方式相同。 (1)从图中能看出哪些离子显示了周期性堆积?哪些离子未显示出周期性堆积?说出相应的理由。 (2)试画出锂、钴复合氧化物的晶胞。 (3)写出锂、钴复合氧化物的化学式。一个晶胞中有几个化学式? 38.(10 分) 实线或虚线表示出了最小重复平行四边形。 黑心 : 空心 : 黑球=1:2:3 4分 6分 (4)若把锂、钴原子看作一种金属原子,该晶体属于什么晶型?试画出该晶型的晶胞。

两个最邻近分子之间的距离为 296pm。C60 固体暴露到碱金属蒸气中,形成通式为 MnC60 的一系列化合物。请回答下 面问题: (1)试计算 ccp 堆积的 C60 固体的密度及 C60 固体中一个 C60 分子的半径(用 pm 表示,视 C60 分子为球体) (2)有一种 KnC60 化合物,属体心立方晶系,①以“○”表示
? C6 ,以 “×”表示 K+离子,试画出 KnC60 化合物的 60

晶胞。②试写出晶胞中 K+离子的分数坐标。③试指出 K+离子与 C60 离子的配位数。 (3)C60 分子由十二个正五边形和十二个正六边形围成。二十个正六边形被十二个正五边形全部隔开,视 C60 分 子中的 C—C 键的键长都相等,dC—C 为 140pm,试从数学上计算 C60 分子的半径。

6.(本题 16 分)下面的左图是钾的石墨插层化合物的晶胞图(图中大球表示 K 原子,小球表示 C 原子),下 面的右图是晶胞沿 c 轴方向的投影。

⑴试推出一个晶胞中有几个 K 原子和表示 C 原子(写出推导过程)? ⑵该插层化合物的化学式是 。 ⑶K 层与 C 层之间的作用力是 。 ⑷K 层中 K 原子之间的最近距离是 C-C 键的键长 dC-C 的 倍。 ⑸如果 K 层中的 K 原子之间的距离增加到 4 dC-C,则这种 K 的插层化合物的化学式是 。

⑹用图中插层化合物的化学式作反应物,写出其与水反应的两种反应的化学方程式。

36.(本题 16 分) ⑴K:4×+4× +5=1+2+5=8(个)(2 分) C:4× (8×+12)= 4× 16=64(个)(2 分) ⑵C8K(2 分) ⑶离子键(2 分) ⑷2 (2 分) ⑸KC32(2 分) ⑹C8K+H2O=KOH+ C8H(2 分) 2C8K+2H2O=C16(石墨)+2KOH+H2↑(2 分) 7.(16 分)C60 固体可以看作由 C60 分子密堆积形成的。C60 固体中,有一种属 ccp 堆积。其晶体参数为 a=1417pm,

8.下面三个晶体结构示意图中,具有相同点阵型式的是

A.1 与 2

B.2 与 3

C.1 与 3

D.1、2 与 3

.(12 分)镍是一种具有广泛应用的重要金属材料。金属 Ni 的晶格为面心立方,晶胞参数 a=352.4pm。则 Ni 原子半 径为 ① pm;每个晶胞中有 ② 个 Ni 原子;晶体密度为 ③ g/cm。 ,写出 Ni 原子的分数坐标 ④ 。

32. (16 分)右图是钠铊合金的立方晶系晶胞图,晶胞参数为 a=7.488?(1?=10-10m) (1)试写出该合金的化学式。 (2)试计算该晶体的密度。 (保留三位有效数字) (3)试写出该晶体的结构基元的化学式,并画出结构基元围成的最小几何构型。写出几 何构型中 Na、Tl 原子的分数坐标。 (4)若把 Na 原子看作密堆积,其它 Na、Tl 原子占有密堆积 Na 原子围成的何类空隙以及空隙占有率分别是多少? (5)若把一类金属原子全部抽掉,剩下的金属原子属于什么晶型? (6)该晶体属于何类点阵型式?

32.(共 16 分) (1)(2 分)NaTl (2)(2 分) 8× (22.99+204.4) ρ= =7.19(g· cm-3) 6.022× 1023× (7.488)3× 10-24 (3)(6 分) 化学式 Na2Tl2(2 分) 几何构型(2 分)原子坐标(共 2 分,每个 0.5 分) 1 1 1 3 3 3 1 1 1 Na:( , , ) ( , , )[或( , , )] 2 2 2 4 4 4 4 4 4 1 1 1 3 3 3 Tl:(0,0,0) ( , , )[或( , , )] 4 4 4 4 4 4 (4)(共 3 分,每项 1 分)其他 Na 原子占正四面体空隙(50%),Tl 原子占正八面体(100%)和 正四面体空隙(50%)。 (5)(2 分)金刚石型 (6)(1 分)立方 F N a T l


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