2010届高中化学竞赛专题辅导三晶体结构及答案
2010年全国化学竞赛(初赛)试题与答案
2010年全国化学竞赛(初赛)试题第1题 (15分)1-1 2009年10月合成了第117号元素，从此填满了周期表第七周期所有空格，是元素周期系发展的一个里程碑。
117号元素是用249Bk 轰击48Ca 靶合成的，总共得到6个117号元素的原子，其中1个原子经p 次α衰变得到270Db 后发生裂变；5个原子则经q 次α衰变得到281Rg 后发生裂变。
用元素周期表上的117号元素符号，写出得到117号元素的核反应方程式（在元素符号的左上角和左下角分别标出质量数和原子序数）。
1-3 一氯一溴二(氨基乙酸根)合钴(III)酸根离子有多种异构体，其中之一可用如下简式表示。
请依样画出其他所有八面体构型的异构体。
第2题 (5 分) 最近我国有人报道，将0.1 mol L -1的硫化钠溶液装进一只掏空洗净的鸡蛋壳里，将蛋壳开口朝上，部分浸入盛有0.1 mol L -1的氯化铜溶液的烧杯中，在静置一周的过程中，蛋壳外表面逐渐出现金属铜，同时烧杯中的溶液渐渐褪色，并变得混浊。
2-1设此装置中发生的是铜离子和硫离子直接相遇的反应，已知φӨ(Cu 2+/Cu)和φӨ(S/S 2-)分别为0.345 V 和 -0.476 V ，nFE Ө ＝RT ln K ，ＥӨ表示反应的标准电动势，n 为该反应得失电子数。
计算25o C 下硫离子和铜离子反应得到铜的反应平衡常数，写出平衡常数表达式。
2-2金属铜和混浊现象均出现在蛋壳外，这意味着什么？2-3 该报道未提及硫离子与铜离子相遇时溶液的pH 。
现设pH = 6，写出反应的离子方程式。
2-4请对此实验结果作一简短评论。
第3题( 7分) 早在19世纪人们就用金属硼化物和碳反应得到了碳化硼。
它是迄今已知的除金刚石和氮化硼外最硬的固体。
1930年确定了它的理想化学式。
左下图是2007年发表的一篇研究论文给出的碳化硼晶胞简图。
3-1该图给出了晶胞中的所有原子，除“三原子”（中心原子和与其相连的2个原子）外，晶胞的其余原子都是B12多面体中的1个原子，B12多面体的其他原子都不在晶胞内，均未画出。
高中化学晶体的结构与性质专项训练知识点总结及答案
高中化学晶体的结构与性质专项训练知识点总结及答案一、晶体的结构与性质1．下列物质的结构与性质与氢键无关的是①乙醚的沸点②冰的密度比液态水小③邻羟基苯甲酸的熔沸点比对羟基苯甲酸的低④水分子在高温下很稳定⑤氢化镁的晶格能高⑥DNA的双螺旋结构⑦尿素的熔沸点比醋酸高A．④⑥②B．①④⑤C．②⑤⑥D．③⑤⑦2．实验室常用氟化钙固体和浓硫酸混合加热制HF：CaF2+H2SO4(浓)CaSO4+2HF↑。
下列关于该反应的说法错误的是A．该反应利用了浓硫酸的酸性和难挥发性B．CaF2晶体中Ca2+和F－的配位数之比为1：2C．影响H2SO4和CaSO4熔点的作用力不同D．HF是极性分子且分子极性强于HC13．铁有δ、γ、α三种晶体结构，以下依次是δ、γ、α三种晶体在不同温度下转化的图示。
下列有关说法中正确的是δ－Feγ－Feα－FeA．δ、γ、α三种晶体互为同分异构体B．γ－Fe晶体为面心立方体紧密堆积C．α－Fe晶体与每个Fe原子距离相等且最近的Fe原子有8个D．将Fe加热到1 500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同4．下列大小关系正确的是A．熔点：NaI＞NaBr B．硬度：MgO＞CaOC．晶格能：NaCl＜NaBr D．熔沸点：CO2＞NaCl5．下列性质中，能充分说明某晶体一定是离子晶体的是A．具有较高的熔点，硬度大B．固态不导电，水溶液能导电C．晶体中存在金属阳离子，熔点较高D．固态不导电，熔融状态能导电6．下列说法正确的是（）A．含阳离子的晶体一定含有阴离子B．沸点由高到底的顺序：HF>HI>HBr>HClC．含有共价键的晶体一定具有高的熔沸点及硬度D．空间利用率面心立方最密堆积>六方最密堆积>体心立方密堆积7．在通常条件下，下列各组物质的性质排列正确的是()A．熔点：CO2＞SiO2>KClB．酸性：H2CO3<H2SO4<HClOC．沸点：丙烷＞戊烷＞丁烷D．稳定性：HF＞H2O＞NH38．下列各组物质发生的变化中，所克服的粒子间的作用（力）属同种类型的是（）A．酒精和食盐溶于水B．石英（SiO2）和生石灰的熔化C．氯化钠固体和冰的融化D．碘和干冰的升华9．已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。
高中化学晶体的结构与性质专项训练专题复习含答案
高中化学晶体的结构与性质专项训练专题复习含答案一、晶体的结构与性质1．萤石(CaF2)属于立方晶体（如图），晶体中每个Ca2＋被8个F－包围，则晶体中F－的配位数为A．2B．4C．6D．82．如图是从NaCl和CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是（）A．只有c B．b和c C．a和c D．a和d3．下列说法不正确的是A．2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等B．金属离子的电荷越多、半径越小，金属晶体的熔点越高C．石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成，也有分子间作用力的破坏D．DNA分子的两条长链中的碱基以氢键互补配对形成双螺旋结构，使遗传信息得以精准复制4．下列关于氯化钠晶胞（如图）的说法正确的是（）A．每个晶胞含有6个Na+和6个Cl-B．晶体中每个Na+周围有8个Cl-，每个Cl-周围有8个Na+C．晶体中与每个Na+最近的Na+有8个D．将晶胞沿体对角线AB作投影，CD两原子的投影将相互重合5．纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它具有许多特殊性质的原因。
假设某纳米颗粒的大小和形状恰好与某晶体晶胞的大小和形状（如图）相同，则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为（）A．87.5% B．88.9% C．96.3% D．100%6．下列关于等离子体的叙述正确的是（）A．物质一般有固态、液态和气态三态，等离子体却被认为是物质存在的第四态B．为了使气体变成等离子体，必须使其通电C．等离子体通过电场时，所有粒子的运动方向都发生改变D．等离子体性质稳定，不易发生化学反应7．美国某国家实验室成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的原子晶体，下列关于CO2的原子晶体的说法正确的是（）A．CO2的原子晶体和分子晶体互为同分异构体B．在一定条件下，CO2的原子晶体转化为分子晶体是物理变化C．CO2的原子晶体和分子晶体具有相同的物理性质D．在CO2的原子晶体中，每个C原子周围结合4个O原子，每个O原子与2个碳原子结合8．下列叙述正确的是A．离子晶体中，只存在离子健，不可能存在其它化学键B．可燃冰中甲烷分子与水分子之间存在氢键C．Na2O2、NaHSO4晶体中的阴、阳离子个数比均为12D．晶体熔点：金刚石＞食盐＞冰＞干冰9．石墨可作电极材料、耐高温耐酸材料、铅笔芯等，以下有关石墨的叙述正确的是①属原子晶体②属分子晶体③是C60的同素异形体④每个碳原子都形成了4个共用电子对A．①③④B．②③④C．②③D．③10．C60、金刚石和石墨的结构模型如图所示(石墨仅表示出其中的一层结构)。
高三化学晶体结构与性质试题答案及解析
高三化学晶体结构与性质试题答案及解析1.水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。
它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是A．玻璃态是水的一种特殊状态B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀C．水由液态变为玻璃态，体积缩小D．玻璃态水是分子晶体【答案】A【解析】A.根据题意可知玻璃态是水的一种特殊状态，正确；B .水由液态变为玻璃态，由于密度与普通液态水的密度相同，所以体积不变，错误；C.水由液态变为玻璃态，由于密度与普通液态水的密度相同，所以体积不变，错误；D. 玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，所以玻璃态水不是分子晶体，错误。
【考点】考查水的特殊存在状态——玻璃态的结构与性质的知识。
2.下图是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，图中：—X、—Y，—Z。
其对应的化学式不正确的是( )【答案】B【解析】A、B图中X、Y原(离)子的数目比均为1：1，B项错；C图中X的数目：4×＋1＝，Y的数目：4×＝，化学式X3Y正确；D图中，X的数目：8×＝1，Y的数目：6×＝3，Z位于体心，数目为1，化学式XY3Z正确。
3.据美国《科学》杂志报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800 K，制得具有高熔点、高硬度的二氧化碳晶体。
下列关于该晶体的说法正确的是( )A．该晶体属于分子晶体B．该晶体易汽化，可用作制冷材料C．一定条件下，该晶体可跟氢氧化钠反应D．每摩尔该晶体中含5 mol C—O键【答案】C【解析】高熔点、高硬度是原子晶体的特点，故该二氧化碳晶体是原子晶体。
4.类推是化学学习和研究中常用的思维方法．下列类推错误的是①Mg可由电解熔融MgCl2制取；则Al也可由电解熔融AlCl3制取②晶体中有阴离子，必有阳离子；则晶体中有阳离子，也必有阴离子③1mol/L的NaCl溶液每升中含有1mol Na＋；则1mol/L的FeCl3溶液每升中也含有1molFe3＋④使用pH试纸时必须保持干燥，则湿润的pH试纸测得的pH一定有误差A．①③B．①③④C．②③④D．①②③④【答案】D【解析】①Mg可由电解熔融MgCl2制取；则Al却是由电解熔融Al2O3的方法制取，因为AlCl3是由分子构成的物质，不能电解冶炼Al。
[成套]2010年高中化学化学竞赛辅导无机化学教案10.固体结构
![[成套]2010年高中化学化学竞赛辅导无机化学教案10.固体结构](https://img.taocdn.com/s3/m/29b5a4f126fff705cc170ab2.png)
10--固体结构[教学要求]1．熟悉晶体的类型、特征核组成晶体的微粒间的作用力。
2．了解金属晶体的三种密堆积结构及其特征。
理解金属键的形成核特征。
3．熟悉三种典型离子晶体的结构特征。
理解晶格能的概念和离子电荷、半径对晶格能的影响；熟悉晶格能对离子化合物熔点、硬度的影响；了解晶格能的热化学计算方法。
4．了解离子半径及其变化规律、离子极化及其对键型、晶格类型、溶解度、熔点、颜色的影响。
5．熟悉键的极性和分子的极性；了解分子的偶极矩和变形性及其变化规律，了解分子间力的产生及其对某些物性的影响。
[教学重点]1．晶胞2．各种类型晶体的结构特征,特别是离子晶体。
3．离子极化[教学难点]晶胞的概念, 离子极化[教学内容]§10.1 晶体结构和类型10.1.1 晶体结构的特征与晶格理论1. 晶体结构的特征晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体。
特征：(1) 晶体具有规则的几何构形，这是晶体最明显的特征，同一种晶体由于生成条件的不同，外形上可能差别，但晶体的晶面角却不会变.(2) 晶体表现各向异性，例如热、光、电、硬度等常因晶体取向不同而异。
(3) 晶体都有固定的熔点，玻璃在加热时却是先软化，后粘度逐渐小，最后变成液体.2. 晶格理论的基本概念晶格(点阵)是晶体的数学抽象。
晶胞是晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移并无限地堆砌而成晶体，它有二个要素：一是晶胞的大小、型式。
晶胞的大小、型式由a、b、c三个晶轴及它们间的夹角α.β.γ所确定。
另一是晶胞的内容。
由组成晶胞的原子或分子及它们在晶胞中的位置所决定晶胞的内容包括粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置。
按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。
按带心型式分类，将七大晶系分为14种型式。
例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心立方三种型式。
10.1.2 晶体缺陷1. 本征缺陷：由于晶体中晶格结点上的微粒热涨落所导致的缺陷。
2. 杂质缺陷：由于杂质进入晶体后所形成的缺陷。
2010年全国高中学生化学竞赛试题及参考答案
中国化学会第24届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试卷气体常数R＝8.31447 J K-1 mol-1 法拉第常数F＝96485 C mol-1 阿佛加德罗常数N A＝6.022142×1023 mol-1第1题 (15分)1-12009年10月合成了第117号元素,从此填满了周期表第七周期所有空格,是元素周期系发展的一个里程碑。
117号元素是用249Bk轰击48Ca靶合成的,总共得到6个117号元素的原子,其中1个原子经p次α衰变得到270Db后发生裂变；5个原子则经q次α衰变得到281Rg后发生裂变。
用元素周期表上的117号元素符号,写出得到117号元素的核反应方程式(在元素符号的左上角和左下角分别标出质量数和原子序数)。
1-2 写出下列结构的中心原子的杂化轨道类型：[(C6H5)IF5]-(C6H5)2Xe[I(C6H5)2]+1-3 一氯一溴二(氨基乙酸根)合钴(III)酸根离子有多种异构体,其中之一可用第2题 (5 分)最近我国有人报道,将0.1 mol L-1的硫化钠溶液装进一只掏空洗净的鸡蛋壳里,将蛋壳开口朝上,部分浸入盛有0.1 mol L-1的氯化铜溶液的烧杯中,在静置一周的过程中,蛋壳外表面逐渐出现金属铜,同时烧杯中的溶液渐渐褪色,并变得混浊。
2-1设此装置中发生的是铜离子和硫离子直接相遇的反应,已知φӨ(Cu2+/Cu)和φӨ(S/S2-)分别为0.345V和 -0.476 V,nFEӨ＝RT ln K,ＥӨ表示反应的标准电动势,n为该反应得失电子数。
计算25o C下硫离子和铜离子反应得到铜的反应平衡第3题 (7 分) 早在19世纪人们就用金属硼化物和碳反应得到了碳化硼。
它是迄今已知的除金刚石和氮化硼外最硬的固体。
1930年确定了它的理想化学式。
左下图是2007年发表的一篇研究论文给出的碳化硼晶胞简图。
第4题 (8分)O—O键长112 pm 121 pm 128 pm 149 pm化学式2[Co2O2(NH3)10]4+,其O—O的键长为147 pm；B的化学式为Co(bzacen)PyO2,其O—O的键长为126 pm,Py是吡啶(C5H5N),bzacen是四齿配体[C6H5−C(O-)=CH−C(CH3)=NCH2−]2。
2010高考题_物质结构与性质参考答案
（链接真题）主题一原子结构第1讲原子结构1．D 4．C第2讲元素周期律与元素周期表2．D主题二分子结构与性质第1讲共价键与分子结构1．B 2．CD4．⑴sp2分子间作用力（或：范德华力）⑵ C H Si⑶＜⑷BaPbO312第2讲分子结构与性质2．BD3．（1）1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3s54s1（2）sp3（3）NH+4正四面体（4）D主题3 晶体结构与性质第1讲晶体的结构4．C5．⑴[Ar]3d84s2⑵＞⑶6，6 ⑷LaNi⑸①一个σ键、一个π键配位键②氢键③sp2、sp3第2讲晶体的性质2．B5．⑴① 1s22s22p63s23d6 ② 2⑵①MgO、CaO、NaCl、KCl②6⑶甲醇分子间存在氢键，而甲醛没有（专题训练） 主题一 原子结构第1讲 原子结构1．B13．⑴ 2MgO ·3SiO 2·n H 2O 1s 22s 1⑵ 13 6⑶ 大 Al(OH)3＋OH －＝AlO 2－＋2H 2O⑷ AD第2讲 元素周期律与元素周期表2．BC 4．C7．⑴ ⅦA⑵ CH 2＝CH 2⑶ AlCl 3＋3H 2O ＝Al(OH)3＋3HCl⑷ ① 2NH 3·H 2O ＋3H 2O 2＝N 2↑＋8H 2O 或2NH 3＋3H 2O 2＝N 2↑＋6H 2O② a 和c⑸ 51CS 2(l)＋53O 2(g) ＝51CO 2(g)＋52SO 2(g) △H ＝－215kJ/mol主题二 分子结构与性质 第1讲 共价键与分子结构6．D13．⑴①3s 23p 1 ；A l (O H )3 AlO 2―+H ＋+H 2O ；② BeO ；Be(OH)2+2NaOH →Na 2BeO 2+H 2O ；Be(OH)2+2HCl → BeCl 2+H 2O (3分) ⑵①小于；② RI >RBr> RCl>RF ；③ D第2讲 分子结构与性质2．B4．D13．（1）1s 22s 22p 63s 23p 63d 9 （2）孤对电子（孤电子对）（3）b （4）Si < C <N （5） 3:2 （6）正四面体 三角锥 V 形主题3 晶体结构与性质 1．D 9．⑴C O N [Ar]3d 64s 2 ⑵sp 2 sp 3 如图 ⑶4 4∶3第2讲 晶体的性质 3．D 9．（1）①能量最低原理（叙述合理即可），IIA 族，Mg 2+[::]2—；（2）c ； （3）Al ，3，H + + AlO 2— + H 2O Al(OH)3 Al 3+ + 3OH —模块考评A1．C 4．D 11．D17．⑴ 2N A ⑵ 1s 22s 22p 63s 23p 63d 10⑶ sp 杂化、sp 2杂化 3 ⑷ 418．⑴ 2s 22p 4 V 形 ⑵ 2F 2＋2H 2O ＝4HF ＋O 2⑶ MgO 晶格能大 sp 3和sp 2 120° ⑷ 3:1:1⑸ 紫 激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长可见光的形式释放能量模块考评B2．C 3．AC 8．B 11．D15．⑴ 三 VIA HClO 4⑵ 2 H －Cl H －S⑶ 1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1（或[Ar] 3d 104s 1） 2Cu 2S ＋3O 22Cu 2O ＋2SO 2 ⑷ SO 2(g)＋2CO(g)＝S(s)＋2CO 2(g) △H ＝－270.0kJ/mol16．⑴ ① O ＞N ＞C ＞K ② 离子晶体 sp ③ 1:1⑵ 3d 84s 2 4 ⑶ [CrCl(H 2O)5]2＋N FeNN N CH 3C H 3CH 3CH C H 2CH 3CH CH 2CH 2C H 2CH 2CH 2COOH COOH。
高中化学-晶体结构与性质专题强化训练(解析版)
高中化学-晶体结构与性质专题强化训练学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．金属晶体的堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是( ) A ．金属原子的价电子数少B ．金属晶体中有自由电子C ．金属原子的原子半径大D ．金属键没有饱和性和方向性2．下列属于分子晶体性质的是A ．组成晶体的微粒是离子B ．能溶于CS 2，熔点为112.8℃，沸点为444.6℃C ．熔点为1 400℃，可作半导体材料，难溶于水D ．熔点高，硬度大3．下列有关比较中，大小顺序排列错误的是A ．热稳定性：PH 3>H 2S>HBr>NH 3B ．物质的熔点：石英>食盐>冰>汞C ．结合质子的能力：CO 32->CH 3COO ->SO 42-D ．分散系中分散质粒子的直径：Fe(OH)3悬浊液>Fe(OH)3胶体>FeCI 3溶液 4．下列关于物质结构的说法错误的是A ．甲醛(HCHO )和光气(2COCl )分子中的键角H C H Cl C Cl ∠--<∠--B ．基态氮原子有三种能量不同的电子C ．熔点：222MgO NaCl H O CO H >>>>D ．223S O -的空间构型为四面体形5．有四种晶体，其粒子排列方式如下所示，其中化学式不属AB 型的是( ) A ． B ．C ．D ．6．下列有关原子结构和元素周期律表述正确的是℃发生化学反应时失去电子越多的金属原子，还原能力越强℃℃A族元素是同周期中非金属性最强的元素℃第二周期℃A族元素的原子核电荷数和中子数一定为6℃原子序数为12的元素位于元素周期表的第三周期℃A族℃BF3所有原子都满足最外层为8电子结构℃F2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点逐渐升高A．℃℃℃B．℃℃℃C．℃℃℃D．℃℃℃7．下列叙述错误的是A．SiO2是直线形分子B．Na2O2含有非极性键C．MgCl2只含有离子键D．H2O 分子呈V 形8．下列说法中不正确的是A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl－形成正八面体B．在金刚石晶体中，最小碳原子环由6个碳原子构成C．在石墨晶体中，每个环上平均占有3个碳原子D．银晶体晶胞如图，银原子的配位数为129．氯化硼的熔点为-107℃，沸点为12.5℃，在其分子中键与键之间的夹角为120°，它能水解，有关叙述正确的是A．氯化棚液态时能导电而固态时不导电B．氯化硼中心原子采用sp杂化C．氯化硼分子呈平面三角形，属非极性分子D．其分子立体构型类似NH3二、多选题10．电子表、电子计算器、电脑显示器都运用了液晶材料显示图像和文字。
高中化学晶体的结构与性质专项训练专题复习附解析
高中化学晶体的结构与性质专项训练专题复习附解析 一、晶体的结构与性质 1．元素X位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2；元素Y基态原子的3p轨道上有1对成对电子。X与Y形成的化合物的晶胞结构如图所示，下列关于该晶体的说法正确的是（ ）
A．该晶体属于原子晶体
B．X2+的配位数为8，Y2-的配位数为4 C．与每个Y2-距离最近且相等的Y2-共有12个
D．该晶体的熔点比氧化锌高
2．铁有δ、γ、α三种晶体结构，以下依次是δ、γ、α三种晶体在不同温度下转化的图示。下列有关说法中正确的是
δ－Feγ－Feα－Fe A．δ、γ、α三种晶体互为同分异构体
B．γ－Fe晶体为面心立方体紧密堆积
C．α－Fe晶体与每个Fe原子距离相等且最近的Fe原子有8个
D．将Fe加热到1 500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同
3．下列关于氯化钠晶胞（如图）的说法正确的是（ ）
A．每个晶胞含有6个Na+和6个Cl- B．晶体中每个Na+周围有8个Cl-，每个Cl-周围有8个Na+ C．晶体中与每个Na+最近的Na+有8个
D．将晶胞沿体对角线AB作投影，CD两原子的投影将相互重合 4．对下列图形解释的说法错误的是（ ） A．晶体金红石的晶胞如图1所示，推知化学式为TiO2 （注：氧原
子分别位于晶胞的上下底面和内部） B．配合物（如图2）分子中含有分子内氢键
C．某手性分子如图3：可通过酯化反应让其失去手性
D．可以表示氯化钠晶体，是氯化钠的晶胞
5．下列物质性质的变化规律与分子间作用力无关的是（ ） A．在相同条件下，NH3在水中的溶解度大于CH4
B．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
C．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
D．CH3CH3、CH3CH2CH3、(CH3)2CHCH3、CH3CH2CH2CH3的沸点逐渐升高
6．下列叙述正确的是 A．离子晶体中，只存在离子健，不可能存在其它化学键
高中化学竞赛辅导专题讲座——三维化学
高中化学竞赛辅导专题讲座——三维化学近年来，无论是高考，还是全国竞赛，涉及空间结构的试题日趋增多，成为目前的热点之一。
本文将从最简单的五种空间正多面体开始，与大家一同探讨中学化学竞赛中与空间结构有关的内容。
在小学里，我们就已经系统地学习了正方体，正方体（立方体或正六面体）有六个完全相同的正方形面，八个顶点和十二条棱，每八个完全相同的正方体可构成一个大正方体。
正四面体是我们在高中立体几何中学习的，它有四个完全相同的正三角形面，四个顶点和六条棱。
那么正方体和正四面体间是否有内在的联系呢？请先让我们看下面一个例题吧：【例题1】常见有机分子甲烷的结构是正四面体型的，请计算分子中碳氢键的键角（用反三角函数表示）【分析】在化学中不少分子是正四面体型的，如CH4、CCl4、NH4＋、 SO42－……它们的键角都是109º28’，那么这个值是否能计算出来呢？如果从数学的角度来看，这是一个并不太难的立体几何题，首先我们把它抽象成一个立体几何图形（如图1-1所示），取CD中点E，截取面ABE（如图1-2所示），过A、B做AF⊥BE，BG⊥AE，AF交BG于O，那么∠AOB就是所求的键角。
我们只要找出AO（=BO）与AB的关系，再用余弦定理，就能圆满地解决例题1。
当然找出AO和AB的关系还是有一定难度的。
先把该题放下，来看一题初中化学竞赛题：【例题2】CH4分子在空间呈四面体形状，1个C原子与4个H原子各共用一对电子对形成4条共价键，如图1-3所示为一个正方体，已画出1个C原子(在正方体中心)、1个H原子(在正方体顶点)和1条共价键(实线表示)，请画出另3个H原子的合适位置和3条共价键，任意两条共价键夹角的余弦值为①【分析】由于碳原子在正方体中心，一个氢原子在顶点，因为碳氢键是等长的，那么另三个氢原子也应在正方体的顶点上，正方体余下的七个顶点可分成三类，三个为棱的对侧，三个为面对角线的对侧，一个为体对角线的对侧。
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2010届高中化学竞赛专题辅导（三） 晶体结构 一．（9分）下图所示为HgCl2和不同浓度NH3－NH4Cl反应得到的两种含汞的化合物A和B的微观结构重复单元图。
1．写出A、B的化学式和B的生成反应方程式； 2．晶体A中，NH3、Cl的堆积方式是否相同，为什么？ 3．晶体A中Hg占据什么典型位置，占有率是多少？ 4．指出B中阴阳离子组成特点； 5．比较A和B在水溶液中溶解性的大小。
二．（14分）钛酸锶是电子工业的重要原料，与BaTO3相比，具有电损耗低，色散频率高，对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件等。制备高纯、超细、均匀SrTiO3的方法研究日益受到重视。我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶，粒子呈球形，粒径分布较均匀，平均22nm。已知SrTiO3立方晶胞参数a＝390.5pm。 1．写出水热法合成纳米钛酸锶的反应方程式； 2．SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2＋和O2－在一起进行（面心）立方最密堆积（ccp），
它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子），它们构成两种八面体空隙，一种由O2－构成，另一种由Sr2＋和O2－一起构成，Ti4＋只填充在O2－构成的八面体空隙中。 （1）画出该SrTiO3的一个晶胞（Ti4＋用小球，O2－用大○球，Sr2＋用大球） （2）容纳Ti4＋的空隙占据所有八面体空隙的几分之几？ （3）解释为什么Ti4＋倾向占据这种类型的八面体空隙，而不是占据其他类型的八面体空隙？ （4）通过计算说明和O2－进行立方密堆积的是Sr2＋而不是Ti4＋的理由（已知O2－半径为140pm） 3．计算22nm（直径）粒子的质量，并估算组成原子个数。
三．（10分）NH4Cl为CsCl型结构，晶胞中包含1个NH4＋和1个Cl－，晶胞参数a＝387pm。把等物质的量的NH4Cl和HgCl2在密封管中一起加热时，生成NH4HgCl3晶体，晶胞参数a＝b＝419pm、c＝794pm（结构如右图）。 1．已知Cl－半径为181pm，求NH4＋（视为球形离子）的半径。 2．计算NH4HgCl3晶体的密度； 3．指出Hg2＋和NH4＋的Cl－具体配位形式； 4．通过具体计算，指出晶体中Cl－与Cl－之间的最短距离是多少？
四．（8分）金属铜的理想堆积模型为面心立方紧密堆积（CCP），设它的边长为acm。在晶体中与晶胞体对角线垂直的面在晶体学中称为（1,1,1）面。 1．请画出金属铜的晶胞（○表示Cu原子），并涂黑有代表性的1个（1,1,1）面上的Cu B N
原子。 2．计算（1,1,1）面上Cu占整个面积的百分率以及Cu占整个体积的百分率（给出计算过程）。 3．在1个盛有CuSO4溶液的电解槽内电镀铜，其中阴极经过特殊处理，只有1个（1，1，1）面暴露在电解质溶液中，其余各面均被保护。假设此面面积为bcm2，电镀时电流恒为I。Cu2＋在此面上做恒速率均匀沉积，tmin后，有一层Cu原子恰好在阴极上沉积完毕，求这是已沉积的第几层Cu原子？（阿伏加德罗常数为NA，法拉第常数为F）
五．（10分）某钠盐X的阴离子为正八面体构型，由7个原子70个电子组成。X晶体的结构有如下特点：阴离子的空间排列方式与NaCl晶体中的Na＋（或Cl－）的排列方式完全一样，而Na＋占据其全部四面体空隙中。 1．确定阳离子、阴离子个数比； 2．确定X的化学式； 3．如果X晶体的晶胞参数为a（cm），X的摩尔质量为MX（g/mol），写出X密度的
表达式； 4．X晶体中Na＋的空间排列方式与CsCl晶体中的Cs＋（或Cl－）的排列方式是否完全
一样？如果将阴离子看作由Na＋形成的空隙中，那么占有率为多大？ 5．如果晶胞的坐标原点为Na＋，请画出该晶胞全部阴离子的空间构型（阴离子用●表示） 6．某钾盐Y的阴离子组成和在晶胞中的排列方式与X相似，而K＋填充在全部八面体
空隙中，写出Y的化学式。
六．（5分）Na2O为反CaF2型结构，晶胞参数a＝555pm。 1．计算Na＋的半径（已知O2－半径为140pm）； 2．计算密度。
七．（8分）点阵素单位是指最小的重复单位，将最小重复单位的内容用一个点阵表示，最小重复单位中只含一个点阵点，称为素单位。含2个或2个以上点阵点的单位称为复单位。画出素单位的关键是能按该单位重复，与单位预角上是否有圆圈无关。某平面周期性结构系按右图单位重复堆砌而成。 1．写出该素单位中白圈和黑圈的数目。 2．请画出2种点阵素单位，要求一种顶点无原子，另一种顶点有原子。 3．请画出石墨片层的3种点阵素单位。 八．（10分）最简单的二元硼氮化合物可以通过下列反应合成：
B2O3(l)＋2NH3(g) 2BN(s)＋3H2O(g) 反应产生的氮化硼的结构与石墨结构相类似，但上、下层平行，B、N原子相互交替 （见图1），其层状六方氮化硼的晶胞如图2所示。层内B－N核间距为145 pm，面间距为333 pm。 H3BO3的层状结构
请回答下列问题： ⑴写出晶胞中B、N原子的原子坐标。 B原子： ，N原子 。 ⑵试列出求算层状六方氮化硼晶体的密度的计算式：（阿伏加德罗常数用NA表示）
。 ⑶在高压（60 kpa）、高温（2000℃）下，层状六方氮化硼晶体可转化为立方氮化硼， 它与金刚石有类似结构。若立方氮化硼晶胞的边长为a pm，试列出求算立方氮化硼晶体 中B－N键键长的计算式： 。
九．（8分）正硼酸（H3BO3）是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连（如右图）。 1．正硼酸晶体属于 晶体； 2．片层内微粒间的作用力是上面？片层间微粒间的作用力又是上面？ 3．含1mol H3BO3的晶体中有 mol氢键； 4．以1个片层为研究对象，画出其二维晶胞，并指出其所包含的内容。 十．（11分）Ar、Xe、CH4、Cl2等分子能和水形成气体水合物晶体。在这种晶体中，水分子形成三维氢键骨架体系。在骨架中有空穴，它可以容纳这些气体小分子形成笼型结构。 （1）甲烷的气体水合物晶体成为可燃冰。已知每1m3这种晶体能释放出164m3的甲烷气体。试估算晶体中水与甲烷的分子比。（不足的数据由自己假定，只要假设合理均按正确论） （2）X－射线衍射分析表明，该晶体属于立方晶系，a＝1200pm（即晶胞为立方体，边长为1200pm）。晶胞中46个水分子围成两个五角十二面体和六个稍大的十四面体（2个六角形面，12个五角形面），八个CH4分子可以进入这些多面体笼中。计算甲烷和水的分子数之比和该晶体的密度。 （3）已知Cl2的气体水合物晶体中，Cl2和H2O的分子数之体为1︰8，在其晶体中水分子所围成的笼型结构与可燃冰相同。推测它的结构。 十一．近年来对于三价铜的研究日益深入，特别随着是钇钡铜氧化物的研究的深入，三价铜化合物越来越受到化学家的重视。起初发现的三价铜化合物为离子化合物，三价铜存在于阴离子[Cu2O6]6－中，目前所发现的三价铜配合物都是四配位的。 1．画出[Cu2O6]6－的结构； 2．一种三价铜的稀土化合物LaCuO3的晶格属立方晶系，氧离子位于棱心，阳离子各占据氧离子所构成的空隙中，其中三价铜离子的配位数是La(Ⅲ)的一半，试画出LaCuO3的晶胞。
十二．（12分）Q为多核电中性对称配合物，化学式可写成M3A3Cl3，其中M为中心原子，A为一有机配体（由常见元素组成）。A为中性配体，不带电荷，M的质量分数为30.70％。空气中灼烧有白烟和刺激性气体生成，A中也有一C3轴。将Q溶解在液氨中得R，分离溶液后蒸馏结晶再灼烧，得红褐色固体氧化物。R可由一常见白色难溶物（氯化物）溶解在液氨中制得。 1．M为何种元素，指出其配位数； 2．推出A的化学式； 3．画出Q的结构。 十三．（8分）发光材料Y2O2S的晶体属三方晶系，它的六方晶胞参数为：a＝378.8pm，c＝659.1pm。在晶体中，每个Y原子由3个S原子和4个O原子和它配位，Y原子坐标为±（1/3，2/3，0.71），O原子坐标为±（1/3，2/3，0.36），试画出Y2O2S的晶胞。
十五．（11分）硫化锰MnS是赭色物质，用碱金属硫化物沉淀制得。 1．计算纯水中MnS的溶解度？ 已知MnS的Ksp为3×10－14，H2S的K1和K2分别为1.0×10－7和1.2×10－13 2．α－MnS晶体属于立方晶系，用X射线粉末法测得该晶体晶胞参数a＝522.4pm； （1）26℃测得该晶体的密度为4.05g/m3，请计算一个晶胞中的离子数； （2）若某α－MnS纳米颗粒形状为立方体，边长为α－MnS晶胞边长的10倍，请估算其表面原子占总原子数的百分比。（已知S2－的半径0.184nm）
十六．（6分）金属M的晶格是面心立方，密度为8.90g/cm3，计算： 1．Ni晶体中最邻近的原子之间的距离。 2．能放入Ni晶体空隙中的最大原子半径是多少?
2010届高中化学竞赛专题辅导（三）晶体结构答案 一． 答案:1．A：Hg(NH3)2Cl2；B：Hg2(NH2)2Cl2（HgNH2Cl）；HgCl2＋2NH3＝HgNH2Cl＋NH4Cl（各1分） 2．都为简单立方堆积（1.5分） 3．占据Cl－形成简单立方的面心，占有率1/6（各1分） 4．B中存在着－Hg－NH2－Hg－锯齿型链和链间的Cl－（1.5分） 5．A比B易溶于水（1分）
三。（10分）NH4Cl为CsCl型结构，晶胞中包含1个NH4＋和1
个Cl－，晶胞参数a＝387pm。把等物质的量的NH4Cl和HgCl2在密封管中一起加热时，生成NH4HgCl3晶体，晶胞参数a＝b＝419pm、c＝794pm（结构如右图）。 1．已知Cl－半径为181pm，求NH4＋（视为球形离子）的半径。 2．计算NH4HgCl3晶体的密度； 3．指出Hg2＋和NH4＋的Cl－具体配位形式； 4．通过具体计算，指出晶体中Cl－与Cl－之间的最短距离是多少？ 答案:1．154pm（1.5分） 2．ρ＝1×325.0/[6.022×1023×(4.19×10－8)2×(7.94×10－8)]＝3.87g/cm3。（1.5分） 3．Hg2＋：压扁的正八面体 NH4＋：压扁的正四棱柱（各1.5分，无压扁各1分） 4．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Cl－②为另一类。前者距NH4＋较近（335pm），距Hg2＋也较近（241pm）；后者距离NH4＋ 397pm，距Hg2＋ 296cm。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。（4分）