真题中晶体结构分析

高为 65， 3 个标高为 85 的 O2-配位，形成 [AlO 6]八面体， [BeO4]四面体和 [AlO6]八面 体之间公用标高为 65，85 的 2 个 O2-离子，即共棱连接。 3，标高为 65 的 O2-同时与一个 Be2+， 1 个 Al3+， 1 个 Si4+相连。
2
3
4
1 1 12
层的构成：有图（ 1 ）可以看出非桥氧依次指向相反的方向，为复网层结构。
复网层由两个硅氧层及中间的水铝层所组成。在每一层内
Si4+ 与 O2-配位 CNsi4+ =4，形
成 [SiO 4]多面体。 Al 3+ 同时与 O2-和 OH- 配位， CN=6，形成 [AlO 4（ OH ） 2] 多面体
Al3+ 占据八面体空隙的 2/3，形成二八面体结构。 [AlO 4（ OH）2]多面体共棱相连， 与 [SiO4]
3.用 Pauling 的连接规则说明标高 65 的氧电价是否平衡？（ 4 分）
4.根据结构说明绿宝石热膨胀系数不高、当半径小的 子电导的原因。
Na+ 存在时，在直流电场下具有显著离
答： 1 ，O/Si=3 组群状结构 2， Be2+与两个标高为 65， 2 个标高为 25 的 O2-配位，形成 [BeO4]四面体， Al3+与三个标
12 分）：
（3）分别计算立方柱晶胞和平行六面体晶胞的晶胞分子数；
（4）纤锌矿结构为何具有热释电性？
答：（ 1） S2-做六方最紧密堆积， Zn2-也做六方最紧密堆积，占四面体空隙的
1/2
（ 2）配位数都为 4，[SZn4] [ZnS4 ]
(3) 六方柱晶体中 ZnS分子数为 6，平行六面体中分子数为 2. （ 4）其结构中无对称中心， 加热使整个晶体温度变化， 结果在该晶体 C 轴垂直方向的一端
见图。
1.A 块、 B块主要反映的是哪种离子的配位情况？写出其配位多面体和配位数；（
4 分）
2.指出结构中氧离子的配位数和配位多面体，并判断其电价是否饱和；（
4 分）
3.若尖晶石的晶胞分子数为 （4 分）
8，且 A 块、 B 块在空间交替出现，请构造尖晶石的单位晶胞；
4. 计算结构中空隙填充率；
5. 分析该结构是正尖晶石还是反尖晶石。（ 4 分）
答： A 块主
要反映 Mg2+离子配
位[MgO4]
B 块主要 反映 Al3+ 离子配位
[AlO6]
2 ， CNO2-=4，
[OMgAl3] 静 电 强 度
=
的电价数。
2 1
3 3
2
O2
4
6
3
4， Mg2+ 离子占据四面体空隙的 1/8， Al3+占据八面体空隙的 1/2
5，正尖晶面
1.硅酸盐晶体滑石的化学式为 Mg3[Si4O10] （ OH ） 2，判断其结构类型，用氧化物写 法表征滑石的分子式，分析其结晶习性。
3．结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样 ? 结构中有两种配位多面体 [SiO 4] 、[MgO6] (2 分) ；[SiO 4] 呈孤立的岛状， 中间被 [MgO6] 隔开，SiO4] 与 [MgO6] 之间共顶或共棱连接， 同层的 [MgO6] 之间共棱、 不同层的 [MgO6] 之间共顶连接；
出现正电荷，在相反的一侧出现负电荷的性质。
2.简述硅酸盐晶体结构的基本特点（ 8 分）。
答 ： 硅酸盐晶体结构非常复杂，但不同结构之间具有下面的共同特点： （1）结构中 Si4+离子位于 O2-离子形成的四面体中心， 构成硅酸盐的基本结构单元 [SiO4]四面
体。 （2） [SiO4] 四面体的每个顶点，即 O2-离子最多只能为两个 [SiO4]四面体所共用。
（3）两个相邻的 [SiO4] 四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接。 （4）[SiO4] 四面体中心的 Si4 离子可部分的被 Al3+所取代， 取代后结构本身并不发生变化， 即
所谓同晶取代，但晶体的性质却发生很大的变化。
镁铝尖晶石 MgAl2O4 晶体结构中，氧离子作面心立方堆积，结构中
A 块和 B 块的质点配置
3，由于 NaO 晶体结构中一半的立方体空隙没有有被
O2-填充，所以在 {111} 面网方向上
存在着相互比邻的同号离子层，其静电斥力其主要作用，导致晶体在平行余
{111} 面
网方向上易发生解理，呈八面体解理。
图 1 是 Na2O的理想晶胞结构示意图，试回答：
1 ．晶胞分子数是多少； 4；
2 ．结构中何种离子做何种密堆积； 何种离子填充何种空隙， 所占比例是多 少； O2- 离子做面心立方密堆积， Na+填全部四面体空隙；
来结合，蒙脱石层间由于 Al3+可被 Mg2+取代，使复网层带少量负电荷，白云母
K+进行层间
平衡电荷，但其较硅氧层的结合力弱的多。
2，因为滑石层与层之间只能依靠较弱的分子间力来结合致使层间易相对滑动，而白云 母层与层之间是是 K+与硅氧层结合，虽然比层内化学键弱得多，但比分子间结合力大得多。
3，因为蒙脱石结构中由于 Al3+可被 Mg 2+取代，但复网层并不呈电中性，带有少量的负
2.在钠硅酸盐玻璃中，分析 Na2O 对熔体粘度的影响，并说明理由。 3.为什么相同组成的固体的表面能总是高于液体的表面能？ 答： 1，层状结构， 3MgO 4SiO2 H2O
2， Na2O 能降低熔体粘度，因为 Na+半径大，电荷少，与 O2-的作用力较小，提供了系 统中的自由氧， 降低了 Si/O 比，导致原来的硅氧负离子团解聚为较简单的结构单元， 因 而降低了粘滞活化能，粘度变小。
于是 rA+ro= 2 （ Rb+ro）
白云母的理想化学式为 KAl2[AlSi 3O10](OH) 2，其结构如下图所示，试分析白
云母的结构类型、 层的构成及结构特点、层内电性及层间结合。
答：白云母 KAl2（ AlSi30 10 ）（ OH） 2 ，
结构类型：络阴离子团为 [AlSi 3010 ] (Al+Si):O=4:10 层状结构硅酸盐
1.画出钙钛矿型结构的晶胞投影图； 2.指出晶胞中各离子的配位数； 3.根据鲍林规则计算 O2-离子电价是否平衡； 4.BaTiO3 和 CaTiO3 都属于钙钛矿结构，其中 请从结构方面予以解释；
BaTiO3 晶体具有铁电效应而 CaTiO3 没有，
5.证明形成理想钙钛矿结构时，两种阳离子半径
rA 、 rB 与氧离子半径 rO 之间满足下面的
4+
Ti 添八面体空隙，八面体空隙利用率 1/4 ，四八面体空隙全； 4. 结构中是否存在 TiO32- 离子，为什么？
否，因为 Ti 4+和 O2-间没有明显的共价键成分 图 2 是镁橄榄石 (Mg2[SiO4]) 结构示意图，试回答：岛状结构
2．计算说明 O2- 的电价是否饱和； O 2-与一个 [SiO 4] 、三个 [MgO6] 配位： 4/4 ×1+2／6×3=2= O 2- 的电价， O2的电价
3 ．结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；
=4CN O2-=8
[NaO4][ONa 8] ； 4 ．计算说明 O2- 的电价是否饱和； O2-电价饱和，因为
价 /Na+的配位数）×Ｏ2 的配位数；
O2-的电价 =（Na+的电
5 ．画出 Na2O结构在（ 001）面上的投影图。
二. 图 2 是高岭石 (Al 2O3·2SiO2·2H2O)结构示意图，试回答： 1 ．请以结构式写法写出高岭石的化学式； Al 4[Si 4O10](OH) 8； 2 ．高岭石属于哪种硅酸盐结构类型； 单网层状结构； 3 ．分析层的构成和层的堆积方向；
电荷， 且复网层之间有斥力，使略带电中性的水化正离子易进入层间，
如此同时， 水分子也
易渗透进层间，而滑石复网层内事电中性的。
1
1
7
4
3
4，当有一半取代时： O2-离子的电荷数为： 4
4
4
1 与 O2-电荷数差值为 4 ，若取代超多一半则两者差必然超过
1 4 ，超过结构不稳定。
根据纤锌矿（六方 ZnS）结构图回答下列问题（ （1）指出结构中正负离子的堆积方式； （2）写出正负离子的配位数及配位多面体；
4．镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么？ 不易，因为镁橄榄石的 Si/O=1/4 ，最低，网络连接程度弱，结构中络阴离子团 尺寸小，迁移阻力小，熔体的粘度低，冷却过程中结构调整速率很快。 (2 分)
两者均为钙铁矿结构，符合 ABO3 组成形式，当 A 原子发生变化，如半径增大必使晶胞参数 增大， 进而使八面体空隙增大， Ca2+半径小， 在 CaTiO3 中八面体空隙小于 Ti 4+半径， Ti 4+受到
很强的弹性恢复力而不能固定在某处以产生正负电荷中心的偏离， BaTiO3 中八面体空隙大于 Ti4+半径，使其受到恢复力小，同时由于
一层硅氧层一层水铝石层且沿 C 轴方向堆积； 4 ．分析结构中的作用力； 层内是共价键，层间是氢键； 5 ．根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。 片状微晶解理。
根据 CaTiO3 晶胞图（见图 1）回答下列问题： 2. 结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；
3. 晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？
关系式 rA+rO = 答： 1，图略
（ rB+rO ）
2+
2，CNCa =12
2-
CNO =6
3，O2-的配位多面体为 [OCa4Ti2]
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