(c) 2个‖超八面体‖共用2个―小八面体‖可构成一个―孪超八面体‖(图3);
(d)从一个―挛超八面体‖里取走3个―小八面体‖,得到的―缺角孪超八面体‖(图4)便是本题的[MoxOy]z-(图D中用虚线表示的小八面体是被取走的)。
回答了列问题:
(1)小八面体的化学式[MoO6]n-中的n= 。 (2)超八面体的化学式是 。 (3)孪超八面体的化学式是 。 (4)缺角孪超八面体的化字式是 。 19 比较下列物质的熔点高低,并说明理由:
(1)H3N—BH3与CH3F (2)O3与SO2 (3)2—硝基苯酚和3—硝基苯酚 (4)NaCl和HgCl2
20. 凡是中心原子采取sp3d或dsp3杂化轨道成键的分子,其空间构型可能是: (1)T形 (2)直线形 (3)三角双锥 (4)以上三种均有可能
晶体结构习题
1. 锂锰复合氧化物正极材料的理想晶体的结构示意图如下。它的理想晶体中有两种多面体:LiO4四面体和MnO6八面体,个数比1 : 2,LiO4四面体相互分离,MnO6八面体的所有氧原子全部取自LiO4四面体。写出这种晶体的化学式。
2.有K、I、O组成的晶体属立方晶系。晶胞中O占据棱心,其晶格按一定取向截得一呈规律性排布部分结构的最小重复单位如图,但注意按该结构不能求成比。
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OOOK得各元素组
OOOOIOO(1)画出该晶体的晶胞; (2)写出该晶体的化学式; (3)指出K 、I和O的配位数。
3. 六亚(次)甲基四胺(CH2)6N4是第一个测定晶体结构的有机分子。该晶体属于立方晶系,a=702pm,其晶胞如右图(图中略去了氢原子),实验测得晶体密度为1.33 g/cm3。
(1)计算每个晶胞中含几个(CH2)6N4分子;
(2)若在同一个轴的方向上, 相邻分子之间两个最近碳C原子的距离为368pm, C-N键长为148pm, 写出上图晶胞中原子1和2的分数坐标;
(3)六亚(次)甲基四胺(CH2)6N4分子中含有几个对称轴, 几个对称面? 是否含有对称中心? 该分子有没有偶极矩? 有没有旋光性?
4. 对金红石型的TiO2晶体,若坐标为(u,u,0)的氧原子O与晶胞中顶点和体心Ti原子的距离相等,都是r++r-,r+和r-分别是正负离子的半径。求该晶胞参数a,b,c与r+、 r-,以及u的关系。
5. 立方BP具有类似金刚石的结构和性质。其空间结构中硼磷原子相间排列, 右图所示为立方BP的晶胞(其中●为硼原子,○为磷原子)。SiC的结构与立方BP的结构类似,已知:碳原子半径为7.7×10-11m, 硅原子半径为1.17×10-10m, SiC晶体密度为3.217g/cm3, 相对原子质量:C 12.01, Si 28.09)。
(a) SiC是 晶体, 碳、硅原子杂化类型都是 , 键角都是 , 三个碳原子和三个硅原子相间构成一个 式(船、椅)六元环。
(b) 如右图所示碳化硅晶胞, 从立方体对角线的视角观察, 画出一维空间上碳、硅原子的分布规律(注意原子的比例大小和相对位置, 至少画两个周期)。
(c)从与对角线垂直的平面上观察一层碳原子的分布,请在二维平面上画出碳原子的分布规律(用●表示,至少画15个原子,假设片层碳原子间分别相切);计算二维空间上原子数、切
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点数和空隙数的比例关系;再考虑该片层结构的上下各与其相邻的两个碳原子片层。这两个碳原子的片层将投影在所画片层的(原子、切点、空隙)上, 且这两个片层的碳原子(相对、相错)。
(d)如果我们以一个硅原子为中心考虑, 设SiC晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距
离为d, 则与硅原子次近的第二层有 个原子, 离中心原子的距离是 ,它们都是 原子。
(e) 如果我们假设碳、硅原子是刚性小球, 在晶体中彼此相切,请根据碳、硅原子半径计算SiC的密度, 再根据理论值计算偏差, 并对产生偏差的原因作一合理解释。
(f) 估算SiC晶体的原子占据整个空间的百分数, 只需给出一个在5%以内的区间。 6. 由于纳米金属材料可能具有独特的性质,引起了人们的广泛关注。单分散的金属纳米颗粒,直径通常小于10nm,称为纳米金属簇。许多单一金属原子形成的纳米金属簇具有具有完整而规则的几何外形,被称为满壳簇合物或幻数簇合物。下图是理想最密堆积形成的满壳幻数簇合物。
满壳簇合物或 幻数簇合物 层数 请完成下列问题: (1)上图是哪一种最密堆积形式?
(2)在上图满壳幻数簇合物中,计算第1,2,3,4,5层(也就是最外层)的原子数; (3)在上图的最密堆积满壳幻数簇合物中,归纳第n层(最外层)的原子数。
(4)在上图的最密堆积满壳幻数簇合物中,计算第n层(最外层)占全部原子数的百分率; (5)某n层Pdn纳米簇颗粒呈球形,平均直径2.05nm,已知Pd的密度ρ=12.02g/cm3。 (a)计算每粒簇合物颗粒中所含Pd的原子数(N); (b)计算上述Pdn纳米簇的壳层数(n); (c)请说明该纳米簇是否满壳纳米簇?
7. 某同学在学习了金属晶体后,提出了另一种堆积形式Ax。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Ax式回答:
(1)计算在片层结构中(如右图所示)球数、空隙数和
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1 2 3 4 5 的堆积形
切点数之
比 ;
(2)在Ax堆积中将会形成八面体空隙和四面体空隙。请在片层图中画出八面体空隙(用·表示)和四面体空隙(用×表示)的投影,并确定球数、八面体空隙数和四面体空隙数之比 ;
(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)计算该堆积中八面体和四面体的空隙半径(即理论上可填充小球的最大半径r,设堆积中等径圆球的半径为R);
(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Ni的密度(Ni的相对原子质量为58.70);
(7)如果CuH晶体中Cu+的堆积形式为Ax型,H-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) 请指出Ax堆积形式是A1、A2、A3中的哪一种,为什么?
9. 由于生成晶体条件的不同,C60分子既可采取立方最密堆积,也可采取六方最密堆积。前者的晶胞参数a=1420pm,后者的晶胞参数a=b=1002pm,c=1639pm。C60与碱金属能生成盐,如K3C60。人们发现K3C60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K+和C603-存在,它的晶体结构经测定也是面心立方,晶胞参数a=1424pm。阿伏加德罗常数为6.02×1023mol-1,请回答:
(1)画出C60的ccp晶胞沿C4轴方向的投影图。
(2)你认为在C60晶体中C60~C60间作用力属于哪一种类型?物质的硬度与物质内部的作用力有关,根据作用力的大小预测C60晶体、石墨、金刚石由硬到软的顺序。
(3)C60晶体的晶胞中存在何种空隙?空隙与C60分子的比例关系如何?
(4)K3C60晶体的晶胞中有多少个K+?它们占据什么空隙?各种空隙的占有率是多少? (5)同一温度下,K3C60的晶体密度比C60的晶体密度增大了多少?
10. 某同学在研究一金属晶体时,以1个金属原子为中心,考查其它原子与它的距离。已知该晶体属于立方晶系,与该金属原子最近的原子距离为436.5pm,次近距离为504.0pm。请计算能放入该金属晶体空隙中的最大原子半径。
11. 若用A、B、C表示离子As的不同密置层,a、b、c表示离子Ni的不同密置层,□表示空层,对As和Ni形成的一种晶体,用As和Ni的密置层表示的堆积方式为:
……AcBcAcBcA……
(1) 求出该晶体的化学式;
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(2) 分别画出As在晶胞顶点上和Ni在晶胞顶点上晶胞的示意图; (3) 写出Ni在晶胞顶点上,晶胞中各个原子的分数坐标; (4) Ni占据As形成的什么空隙?空隙的占有率是多少? (5) 该晶体的结构基元是什么?
12. 黄铜矿是最重要的铜矿,全世界的2/3的铜是由它提炼的。回答下列问题: (1)右图为黄铜矿的晶胞。计算晶胞中各种原子的数目:S ;写出黄铜矿的化学式 ;
(2)在黄铜矿晶胞中含有 个结构单元(周期性重复位)?每个结构单元代表什么?
(3)在高温下,黄铜矿晶体中的金属离子可以发生迁移。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,情况下它的晶胞。
(4)在无序的高温型结构中,硫原子作什么类型的堆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?
(5)计算黄铜矿晶体的密度;(晶胞参数:a=524pm,c=1030pm;相对原子量:Cu 63.5 Fe 55.84 S 32.06)
(6)实验表明,CuCaS2和Cu2SnFeS4与黄铜矿的结构类型相同。请据此推测黄铜矿中铜和铁的氧化态。
13. 铜是一种重要的金属。它和氮形成的晶体Cu3N属于立方晶系,氮占据晶胞的顶点,配位数是6。
(1) 画出Cu3N的正当晶胞示意图;
(2) 若将Cu3N中的Cu原子移到晶胞的顶点上,得到一个新晶胞。有的同学说新晶胞
是正当晶胞,有的说不是。你认为是不是正当晶胞,给出理由。
14. 2001年3月科学家发现硼化镁在39K呈超导性。在硼化镁晶体的理想模型中,镁原子和硼原子是分层排布的,像维夫饼干,一层镁一层硼地相间排布。该晶体的一个六方晶胞中,Mg的分数坐标为:(0,0,0);B原子的分数坐标为:((1)写出该超导材料的化学式;
(2)若将B移动晶胞的顶点上,画出这种情况下该晶体的晶胞示意图; (3)Mg原子的配位数是几?Mg对B原子的配位数是几? (4)判断Mg、B在平面片层的排列是否为最密排列;
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23,13,12),(13,23,12)CuFeSCu Fe
的最小单
若铁原子与请画出这种
积?金属原
。完成下列各题: