中学化学竞赛试题资源库 - 离子晶体(5)

2019-03-29 14:07

参考答案(41)

1 D 2 B 3 C 4 D 5 B 6 C 7 A 8 D 9 C

10 A、D 11 B 12 C 13 C 14 C 15 A 16 A 17 B

18 (1)B、C

(2)①1s22s22p63s23p3 ②三角锥形 弱 109°28

③2PH3+4O2=P2O5+3H2O,P2O5+3H2O=2H3PO4 19 B 20 A 21 C 22 C

23 CaTiO3

24 (1)因MgO的熔点远高于MgCl2,故电解熔融MgO将需要更高的温度,浪费能源。

从表中数据可知,AlCl3易升华,熔、沸点低,应属分子晶体,熔融时无离子产生,不导电,不能被电解。

(2)将两种晶体加热到熔化状态,测定共导电性,实验表明MgCl2能导电,AlCl3不能导电,由此可确定MgCl2为离子晶体,AlCl3为分子晶体。 25 (1)4、8、XY2(或Y2X) (2)12 (3)109°28’ (4)326 (1)70.0 (2)Ni0.76Ni0.16O 27 B 28 B

29 B

?2?32M/NA?

30 A、D

31 立方面心 正四面体空隙 50% ZnS型 32 (1)较多 (2)低 (3)有关

33 晶型为简单立方晶型,晶格点是W原子占据的地方,而其他原子占据的地方由于化学

环境不一样因而不是晶格点。分子包括1个W原子,3个O原子,1个Na原子。因此分子式为NaWO3。

34 6.04×1023mol1

35 ①4(与NaCl一样) ②4 ③4

36 这两种物质都属于离子晶体,点阵格点被阳离子和阴离子占据。在“高氨酸一水合物”

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+++

中阳离子是H3O,不存在H2O分子。两种晶体中的阳离子H3O和NH4是等电子体,所以所占据的空间也相当。所以两种物质在结构和体积上具有相似性。

++++

37 (1)2Al3-3Mg2+4MgO=MgAl2O4 3Mg2-2Al3+4Al2O3=3MgAl2O4 (2)1︰3

38 (1)A的化学式:Hg(NH3)2Cl2;晶胞为:

(2)B的化学式:Hg2(NH2)2Cl2 (3)

(4)A可溶 B不可溶,B易分解 (5)A:HgCl2+2NH3=Hg(NH3)2Cl2; B:HgCl2+2NH3=HgNH2Cl+NH4Cl;

C:2HgCl2+4NH3=Hg2NCl·H2O+3NH4Cl 39 (1)A或ΔH

(2)ΔH1=ΔH+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5 (3)6个

3(4)36/?NA

(5)保持不变

+-+

40 由图:Na经由3个Cl组成的三角形窗口到另一个Na空穴,该三角形窗口是等边三

-----

角形。D(Cl-Cl)=[(a/2)2+(a/2)2]1/2=399pm;(rCl+X)cos30°=D(Cl-Cl)/2 X=63pm 41 BaFCl 9 42 (1)0.92

(2)0.826

(3)Fe(Ⅱ)0.76Fe(Ⅲ)0.16O (4)正八面体

(5)3.03×1010

43 (1)

222221/2

(2)最近距离(2dmin)=a+a dmin=2a/4 dmin=a/2=1004pm dmin>700pm,说明在C60晶体中,C60~C60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,是分子间力(1分)。C60~C60

d<335pm。 间作用力应为分子间力,由于C60的摩尔质量C的摩尔质量,故作用力大些,

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(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

33

(7)(1)C60:d=1.672g/cm (2)K3C60:d=1.928g/cm K3C60的晶体密度比C60

3

增大了0.256g/cm

44

45 (1)BaTiO3

(2)面心

(3)有6个 呈正八面体分布

++++-

(4)Ti4的氧配位数为6 Ba2的氧配位数为12(与Ti4、Ba2最近的O2数)

-++

(5)O2的Ti4配位数为2 Ba2配位数为4

++

(6)Ti4半径为61.5pm Ba2半径为145pm (7)立方面心 (8)5.91g/cm3

46 (1)CaC2 (2)4 (3)120pm (4)203pm (5)277pm

-+

47 (1)除假设I与Li是刚性球外,还需要再假定两则性球间彼此相切

(2)r+=0.088nm;r-=0.214nm

+-

(3)r+>0.060nm~0.068nm,说明将Li和I看成刚性球但实际不相切。因为电子之间相互排斥,使两离子半径之和小于它们之间的理论距离。 48 (1)

(2)154.1pm

3

(3)3.1.53g/cm (4)

[4个N—H键按四面体方向分布,分别指向立方体德各相交错的顶

点,即4个H分别和4个不相邻的Cl连接(异种电荷间的引力作用)]

49 (1)因为阴离子数︰四面体空隙︰八面体空隙=1︰2︰1,所以在Na2WO4中,八面

++

体空隙数为32,四面体空隙数为64。因此,W6占据四面体空隙的分数为1/8,Na占据八面体空隙的分数为1/2。

ⅤⅥ

(2)NaxWxW(1-x) O3;因为Na原子在体心,Na的价电子导电。 50 0.48或者0.49

51 (1)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,而在液相中产生

混合熵。(三者中答出任一者)

(2)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。(关键要

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回答出最后一句话)

(3)DLiClDKCl4?MLiCl?m?3??33??r??rCl??2?V?LiClaLiCl?NAMLiClaKClMLiCl????3???K??

4?MMKClaLiClMKCl??m?KCl?rLi??rCl??2????3aKCl?NA?V?KCl????MLiCl?rK??rCl?MKCl???rLi??rCl?22(4)a=

22????(只写出最后的表达式也可) ?????r?r??2=2(133+181)×2pm=444pm

3K?Cl?2(5)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:

12222??2??2??666????rCl???133pm?181pm??181pm?75.4pm ?a???a?a?rCl??rK??rCl???2?rCl??????3??2??4??663??++

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

(4分;思路和方法正确但计算结果错误可得2分)。

52 (1)3.87g/cm3=Z×325.0g/mol÷[6.022×1023×(4.19×10-8)2×(7.94×10-8)cm3/mol],

解之得Z=1.00个。

(2)

(3)Cl-的空间环境不同,可分为两类:体内的两个Cl-①为一类;棱边中点的4个

2

Cl-②为另一类。前者距NH4+较近(335pm),距Hg+也较近(241pm);后者距离NH4+

397pm,距Hg2+ 296cm。

(4)Cl-①与邻近晶胞的Cl-的距离最短为3.13pm,Cl-①与Cl-②的距离为382pm;Cl-②与Cl-②的距离为419pm。

2

(5)Hg+的配位数为6,为压扁的八面体(如晶胞图所示)。 53 (1)100%

(2)一样 (3)六 50%

(4)Ca2(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)(3/4,1/4,1/4)(1/4,3/4,3/4)

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(3/4,1/3,3/4)(3/4,3/4,1/4)(3/4,3/4,3/4)

32

54 (1)spd杂化 八面体

(2)一个在体心,12个在棱边中点,8个在晶胞内的四面体空隙(或答四个在八面体空隙,8个在四面体空隙)

(3)晶胞内含4个[Na3AlF6]单元 Na3AIF6摩尔质量为210g/mol。设晶胞边长为a,则210?4?1?2.95 a=780pm Al—Al最短距离未551pm 55 (1)分子晶体 离子晶体 (2)2︰1 (3)3 (4)0.505nm (5)1.92g/cm3 56 (1)0.732

(2)0.414 (3)0.225 (4)上述计算结果是在假设同性电荷离子仅靠情况下得出的,因此这个比值都是下限。要使晶体稳定,必然要考虑同性电荷离子的斥力平衡。如CsCl所设a必然是大于2r-,所以离子半径比与配位数的规律如下:r+/r-=0.225~0.414间,配位数为4;在0.414~0.732间,配位数为6;在0.732以上,配位数为8;大于某数以上,配位数还可增大。 57 (1)NaCl型离子晶体0.414;CsCl型离子晶体0.732

++

(2)Cs的半径大于Na (3)八面体的构型 (4)ACl>BCl

(5)4.0×108cm

58 12,2d,钠 (2)57.5% (3)96 % (4)26%

+-+-

59 (1)4Fe3+3Fe(CN)32=Fe[Fe(CN)6]↓ 普鲁士蓝 3Fe2+2Fe(CN)63=

+--+-

Fe3[Fe(CN)6]2 藤氏蓝 或Fe3+Fe(CN)32=FeFe(CN)6 Fe2+Fe(CN)63=

FeFe(CN)6

(2)FeFe(CN)6

+++(Ⅰ)-

(3)带一个单位负电荷,可以用Na、K、Rb等离子与之结合,MFeFe(CN)6

(4)M在每隔一个立方体的立方体体心上

+++

(5)Fe2离子与C原子结合,Fe3离子与N原子结合,根据软硬酸碱理论,Fe3的酸

性硬度大于Fe2,N原子的碱性硬度大于C原子,所以有上述方式的连结。 60 (1)面心立方 图略

++-++

(2)Ni3+6CO=[Ni(CO) 6] 3 6O 2+[Ni(CO) 6]3=6CO2+Ni3 (3)YBa2Cu3O7 61 (1)根据上图和晶胞参数值,可得:Ti-O键长为a/2=195.3 pm,Sr-O间距离为2a/2

4+4+

=276.2 pm。查表得Ti的R0=181.5 pm,Sr的R0=211.8 pm。结构中 Ti-O间键价:S=0.689 Si-O间键价:S=0.175

由结构知道Ti的配位数为6,Sr的配位数为12,可得键价和: +

Sr2的键价和:12×0.175=2.10 +

Ti4的键价和:6×0.689=4.13 键价和与该离子的价态相近。

-++

(2)若将O2和Sr2一起进行密堆积,形成立方面心结构的立方最密堆积。Ti4填入

+-

到这种堆积的八面体空隙中。Ti4所在的空隙全部由O2组成,而其他的八面体空隙则

有Sr2参加 (3)由CaTiO3的立方晶胞参数值a=384 pm,可以推得Ti-O距离为:a/2=384 pm/2

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6.02?1023a3


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