真题中晶体结构

真题中晶体结构

真题中晶体结构

绿宝石Be3Al2[Si6O18]上半个晶胞在（0001）面上的投影图如图1所示，整个晶胞的结构按照标高50处的镜面经反映即可得到。根据图1回答下列问题：（20分）

1.绿宝石的硅氧比为多少？硅氧四面体组成的是什么结构？（4分）

2.Be和Al分别与周边什么标高的几个氧配位？构成的配位多面体是什么？它们之间又是如何连接的？（8分）

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Na+存在时，在直流电场下具有显著离子电导的原因。

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[BeO

]四面体，Al3+与三个

4

标高为65，3个标高为85的O2-配位，

形成[AlO

]八面体，[BeO4]四面体和

6

]八面体之间公用标高为65，85的[AlO

6

2个O2-离子，即共棱连接。

3，标高为65的O 2-同时与一个Be 2+，1个Al 3+，

1个Si 4+相连。

静电强度=2144163142=⨯+⨯+⨯=O 2-的电荷数，所

以电价饱和。

4，绿宝石结构中的六节环内没有其他例子存在，使晶体结构中存在大的环形空腔，当有电价低，半径小的Na +

离子存在时，在直流电场中会表现出显著离子导电，当晶体受热时，质点热振动振幅增大，大的空腔使晶体不会有明显的膨胀，因而表现出较小的

参见滑石、蒙脱石、白云母的结构图，回答下列问题

1.说明为什么这些矿物易在垂直c 轴方向解理？（5分）

2.为什么滑石粉末有滑腻感而白云母粉末没有？（5分）

3.解释为什么蒙脱石易吸水，而滑石比较不易吸水？（5分）

4.用电价规则说明Al3+置换骨架中的Si4+时，通常不超过一半，否则将使结构不稳定。

答：1，因为在层与层之间没有较强的化学键来连接，滑石层与层之间依靠较弱的分子间力来结合，蒙脱石层间由于Al 3+可被Mg 2+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Al 3+可被Mg 2+取代，但复网层并不呈电中性，带有少量的负电荷，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。

4，当有一半取代时：O 2-离子的电荷数为：47341441=⨯+⨯

与O2-电荷数差值为41

，若取代超多一半则两者差必然超过4

1，超过结构不稳定。

根据纤锌矿（六方ZnS ）结构图回答下列问题（12分）：

（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；（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，[SZn

4] [ZnS

4

]

(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

]四面中心，构成硅酸盐的基本结构单元[SiO

4

体。

]四面体的每个顶点，即O2-离子最多（2）[SiO

4

只能为两个[SiO

]四面体所共用。

4

]四面体之间只能共顶而（3）两个相邻的[SiO

4

不能共棱或共面连接。

（4）[SiO

]四面体中心的Si4离子可部分的被

4

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分）

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=-

==⨯+⨯=22363142O 的电价数。

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。

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。

3，同一种物质，其液体固体表面结构不同，液体分子可以自由移动，总是通过形成球形表面来降低其表面能，固体则不能，固体质点不能自由移动，只能通过表面质点的极化、变形、重排来降低体统表面能，固体表面处于搞能量状态（由于表面力的存在）。

钙钛矿ABO3型结构属于立方晶系，其中2价正离子位于立方晶胞顶点位置，4价正离子位于立方晶胞体心位置，2价负离子位于立方晶胞面心位置。（20分）

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BaTiO3晶体具有铁电效应而CaTiO3没有，请从结构方面予以解释；