1、中學化學競賽試題資源庫分子晶體A組 A、D下列物質固態時屬于分子晶體的是A CO2 B NaCl C 金剛石 D HCl D下列物質中，屬于分子晶體且不能跟氧氣反應的是A 石灰石 B 石英 C 白磷 D 固體氖 A下列非金屬單質在室溫下均是分子晶體的是A 碘、硫、磷 B 氯、溴、磷 C 碳、硅、磷 D 氫、氧、氮 D下列物質固態時，一定是分子晶體的是A 酸性氧化物 B 非金屬單質 C 堿性氧化物 D 含氧酸 B A下列物質中，熔點最高的是熔點最低的是A 干冰 B 晶體硅 C 硝酸鉀 D 金屬鈉 B下列物質固態時熔點的比較正確的是 A F2Cl2Br2 B 金剛石NaClO2C SNaBr金剛石

2、 D NaCH4冰 C已知氯化鋁易溶于苯和乙醚，其熔點為190，則下列結論不正確的是A 氯化鋁是電解質 B 固體氯化鋁是分子晶體C 可用電解熔融氯化鋁的辦法制取金屬鋁 D 氯化鋁為極性分子 A在醫院施行外科手術時，常用HgCl2稀溶液作為手術刀的消毒劑，已知HgCl2有如下性質：HgCl2晶體熔點較低；HgCl2在熔融狀態下不能導電；HgCl2在水溶液中可發生微弱電離，下列關于HgCl2的敘述正確的是A HgCl2屬于共價化合物 B HgCl2屬于離子化合物C HgCl2屬于非電解質 D HgCl2屬于強電解質 C支持固體氨是分子晶體的事實是A 氮原子不能形成陽離子 B 氫離子不能單獨存在C

3、常溫下氨是氣態物質 D 氨極易溶于水 D下表給出幾種氯化物的熔沸點，對此有下列說法：CaCl2屬于離子晶體 SiCl4是分子晶體 1500時，NaCl可形成氣態分子 MgCl2水溶液不能導電NaClMgCl2CaCl2SiCl4熔點（）80171278268沸點（）14651418160057與表中數據一致的說法有A 僅 B 僅 C 和 D 、和 B已知下列晶體的熔點：NaCl：801 AlF3：1291 AlCl3：190 BCl3：107 Al2O3：2045 CO2：56.6 SiO2：1723 據此判斷下列說法錯誤的是A 元素和鋁組成的晶體中有的是離子晶體B 以一給出的物質中只有BCl

4、3和CO2是分子晶體C 同族元素的氧化物可以形成不同類型的晶體D 不同族元素的氧化物可以形成相同類型的晶體 DSiCl4的分子結構與CCl4類似，對其作出如下推斷：SiCl4晶體是分子晶體；常溫常壓下SiCl4是液體；SiCl4的分子是由極性鍵形成的分子；SiCl4熔點高于CCl4。其中正確的是A 只有 B 只有 C 只有 D B下表所列物質晶體的類型全部正確的一組是原子晶體離子晶體分子晶體A氯化硅磷酸單質硫B單晶硅碳酸氫銨白磷C金剛石尿素冰D鐵燒堿冰醋酸 B目前，科學界擬合成一種“雙重結構”的球形分子，即把足球烯C60的分子容納在Si60分子中，外面的硅原子與里面的碳原子以其價鍵結合，下列敘

5、述錯誤的是A 該晶體屬分子晶體 B 該分子內原子間都以極性共價鍵相連接C 該物質是一種新化合物 D 該物質的相對分子質量為2400 D有四種氯化物，它們的通式為XCl2，其中最可能是第IIA族元素的氯化物是A 白色固體，熔點低，完全溶于水，得到一種無色中性溶液，此溶液導電性差B 綠色固體，熔點高，易被氧化，得到一種藍綠色溶液，此溶液具有良好的導電性C 白色固體，極易升華，如與水接觸，可慢慢分解D 白色固體，熔點較高，易溶于水，得無色中性溶液，此溶液具有良好的導電性 C在下列有關晶體的敘述中錯誤的是A 離子晶體中，一定存在離子鍵 B 原子晶體中，只存在共價鍵C 金屬晶體的熔沸點均很高 D 稀有氣

6、體的原子能形成分子晶體 D下列說法正確的是A 離子晶體中可能含有共價鍵，但一定含有金屬元素B 分子晶體中一定含有共價鍵C 離子晶體中一定不存在非極性鍵D 石英與晶體硅都是原子晶體 A下列敘述正確的是A 離子晶體都是化合物 B 原子晶體都是單質C 金屬在常溫下都以晶體形式存在 D 分子晶體在常溫下不可能為固體狀態 A下列說法錯誤的是A 原子晶體中只存在非極性共價鍵B 分子晶體的狀態變化，只需克服分子間作用力C 金屬晶體通常具有導電、導熱和良好的延展性D 離子晶體在熔化狀態下能導電 B有關晶體的下列說法中正確的是A 晶體中分子間作用力越大，分子越穩定 B 原子晶體中共價鍵越強，熔點越高C 冰熔化時

7、水分子中共價鍵發生斷裂 D 氯化鈉熔化時離子鍵未被破壞 B. 有關晶體的下列說法中正確的是A 氯化鈉熔化時離子鍵未被破壞B 原子晶體中共價鍵越強，熔點越高C 冰融化時水分子中共價鍵發生斷裂D 晶體中分子間作用力越大，分子越穩定 C下列有關物質結構及其性質的說法中不正確的是A 晶體具有規則幾何外形是因為構成晶體的粒子是有規律排列的B 非金屬元素能形成原子晶體、分子晶體和離子晶體C 固態時不導電，水溶液能導電的晶體一定是離子晶體D 水在4時密度最大的原因與H2O分子間形成氫鍵有關 B下面關于晶體的敘述中，錯誤的是A 金剛石為網狀結構，由共價鍵形成的碳原子環中，最小環上有6個碳原子B 氯化鈉晶體中，

8、每個Na周圍距離相等的Na共有6個C 氯化銫晶體中，每個Cs周圍緊鄰8個ClD 干冰晶體中，每個CO2分子周圍緊鄰12個CO2分子第28屆國際地質大會提供的資料顯示，海底有大量的天然氣水合物，可滿足人類1000年的能源需要。天然氣水合物是一種晶體，晶體中平均每46個水分子構建成8個籠，每個籠可容納1個CH4分子或1個游離H2O分子。根據上述信息，完成下面兩題： D下列關于天然氣水合物中兩種分子極性的描述正確的是A 兩種都是極性分子B 兩種都是非極性分子C CH4是極性分子，H2O是非極性分子D H2O是極性分子，CH4是非極性分子 B若晶體中每8個籠只有6個容納了CH4分子，另外2個籠被游離H

9、2O分子填充，則天然氣水合物的平均組成可表示為A CH414H2O B CH48H2O C CH4(23/3)H2O D CH46H2O A原子晶體 B分子晶體 C分子晶體 D離子晶體分析下列物質的物理性質，判斷其晶體類型：A碳化鋁，黃色晶體，熔點2200，熔融態不導電_；B溴化鋁，無色晶體，熔點98，熔融態不導電_；C五氟化釩，無色晶體，熔點19.5，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中_；D溴化鉀，無色晶體，熔融時或溶于水中都能導電_。 離子晶體 分子晶體 分子晶體 原子晶體請依據下列物質的物理性質，推測它們在固態時可能屬于哪類晶體：A熔點995，易溶于水，水溶液導電。A屬于 晶體B熔點72.7，沸點

10、10.08，易溶于水。B屬于 晶體C熔點112.8，難溶于水，易溶于CS2、CCl4等溶劑。C屬于 晶體D熔點2300，沸點2500，硬度大。D屬于 晶體B組 B，EAB型的化學式形成的晶體結構情況多種多樣。下列圖示的幾種結構中最有可能是分子晶體的有哪些？A B C D E F Ti14C13最近發現一種由鈦原子和碳原子構成的氣態團簇分子，如右圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學式是_。 3.19g/cm3氪原子的晶體的晶胞是個立方體，每個晶胞有4個Kr原子，該晶胞的邊長0.559nm，求Kr晶體的密度。 （1）100% （2）18g/cm3假如冰中H2O間

11、不是以氫鏈相連結，而是以O原子間的六方密堆積的形式排列，H原子鑲嵌在堆積的空隙中間。（1）堆積的四面體空隙被H原子所占的體積分數是多少？（2）在此種情況下，冰的密度是多少？（O原子半徑66pm） （1）從海底取出的甲烷水合物將融化并放出甲烷氣體，因為該晶體是分子晶體，甲烷分子和水分子都是由有限數目的原子以共價鍵結合的小分子，水分子和甲烷分子之間范德華力，而水分子之間是范德華力和氫鍵。 （2）假設甲烷氣體體積是折合成標準狀況下的數據，則1m3水合物中有甲烷164m322.4m3/kmol7.32kmol；假設甲烷水合物固體中的水的密度為1g/cm3，則其中有水1m31000kg/m318 kg/

12、mol55.56kmol；因此有：CH4H2O7.32kmol55.6kmol17.6。甲烷水合物的組成可能是6CH446H2O已經探明，我國南海跟世界上許多海域一樣，海底有極其豐富的甲烷資源。其總量超過已知蘊藏在我國陸地下的天然氣總量的一半。據報導，這些蘊藏在海底的甲烷是高壓下形成的固體，是外觀像冰的甲烷水合物。（1）試設想，若把它從海底取出，拿到地面上，它將有什么變化？為什么？它的晶體是分子晶體、離子晶體還是原子晶體？你作出判斷的根據是什么？ （2）已知每1立方米這種晶體能釋放出164立方米的甲烷氣體，試估算晶體中水與甲烷的分子比（不足的數據由自己假設，只要假設得合理均按正確論）。 （1）

13、4 C60 502pm 112（2）C603構成面心立方堆積時，K嵌入空隙中，可以嵌入正四面體空隙，也可以嵌入八面體空隙由于每個C603分攤到一個正八面體空隙和二個正八面體空隙，故K占據空隙比率為100、K在晶胞中位于（1/4，1/4，1/4）和（1/2，0，0，）處。（3）不能，因為Si，Ge不能生成穩定的雙鍵，無法以三面共點的形狀形成籠狀結構；NB與C2是等電子體，可預期將會形成硼、氮摻雜的C60分子。C60是碳的第三種穩定的同素異形體，C60的分子構型是由五邊形和六邊形面成的32面體，其中五邊形面12個，每個碳原子只跟相鄰的三個碳原子形成化學鍵，C60的13C核磁共振譜中只現一個峰。（1

14、）已知立方面心堆積的C60晶體中，C60分子占據立方體頂點和面心，立方晶胞邊長為a1420pm，試問其晶胞中包含幾個結構基元？每個結構基元的內容是什么？計算C60球的接觸半徑？指出晶胞中C60與各類空隙數之比。（2）K3C60化合物晶胞型式和晶胞參數均與C60晶體相同，其中C603位于立方體頂點和面心，已知rK133pm，通過計算說明K離子在晶胞中占據何種類型空隙？占據空隙的比率是多少？標出K離子在晶胞中的位置。（3）與C同族的Si、Ge等元素能否生成類似C60的分子，如Si60，Ge60分子，為什么？推測哪些元素可以形成骨架摻雜的C60分子？說明理由的。 （1）四方晶系。（2）兩個分子。（3

15、）（配合物構型為八面體）；（配合物構型為三角雙錐）尿素(NH2)2CO的晶體結構如右圖所示。其晶胞參數ab567pm，c472.6pm，90。其結構特點是：在晶胞中心位置有一分子，它的分子平面取向與頂點分子的分子平面取向垂直，但其CO的取向與項點分子的CO方向相反。請指出：（1）它屬于什么晶系？（2）每個晶胞中有幾個尿素分子？（3）根據18電子規則，指出下列配合物分子結構中n的數目，并畫出Cr(CO)n、Fe(CO)n的立體結構。 （1）4（個） （2）276pm （3）0.917g/cm3提示：（2）要計算氫鍵的長度，就要搞清氫鍵在哪里。圖上只標出O原子的位置，因此需要進一步認識冰的微觀結構

16、。在冰中，每個水分子周圍應有4個水分子，形成四面體結構，四面體中心的水分子中的兩個氫原子指向四面體的兩個頂點，兩對孤對電子指向四面體的另外兩個頂點。圖中原子4比較容易被看出是處于一個四面體中心的氧原子，所以原子4與原子3之間的距離就是氫鍵的長度。（3）水的密度計算較簡單，不過計算晶胞體積時應注意六方晶胞與立方晶胞的區別。常壓下，水冷卻至0以下，即可結晶成六方晶系的冰。日常生活中見到的冰、霜和雪等都是屬于這種結構，其晶胞如右圖所示。晶胞參數為a452pm，c737pm。回答問題：（1）晶胞中會有幾個水分子？（2）計算氫鍵OHO的長度。（3）計算冰的密度。 （1）（2）最近距離(2dmin)2a2

17、a2 dmin22a2/4 dmin21/2/21004pm dmin700pm，說明在C60晶體中，C60C60之間不接觸，是分子晶體。（3）距離為1004700304pm（4）304pm335pm，石墨層間的作用力屬于范德華力，是分子間力。C60C60間作用力應為分子間力，由于C60的摩爾質量C的摩爾質量，故作用力大些，d335pm。（5）晶胞中存在四面體和八面體兩種空隙，有8個四面體空隙，4個八面體空隙。（6）K3C60晶胞中含有4個結構基元，因此有12個K，其中，8個K處于8個四面體空隙中，坐標位置為：l/4 l/4 l/4，l/4 l/4 3/4，l/4 3/4 l/4，3/4 1/

18、4 1/4，3/4 3/4 3/4 3/4，3/4 1/4 3/4，1/4 3/4 3/4，3/4 3/4 1/4，還有4個K處于4個八面體空隙中，坐標位置為：1/2 1/2 1/2，1/2 0 0，0 1/2 0，0 0 1/2。（7）（1）C60：d1.672g/cm3 （2）K3C60：d1.928g/cm3 K3C60的晶體密度比C60增大了0.256g/cm3碳的第三種單質結構C60的發現是國際化學界的大事之一。經測定C60晶體為面心立方結構，晶胞參數a1420pm。每個C60平均孔徑為700pm，C60與堿金屬能生成鹽，如K3C60。人們發現K3C60具有超導性，超導臨界溫度為18

19、K。K3C60是離子化合物，在晶體中以K和C603存在，它的晶體結構經測定也是面心立方，晶胞參數a1424pm。阿伏加德羅常數為6.021023mol1，請回答：（1）畫出C60的晶胞。（2）計算相鄰C60球體最近距離，為什么這距離大于C60籠的孔直徑。（3）相鄰C60球體間的距離是多少？（4）與石墨平面原子間距離（335pm）相比，你認為在C60晶體中C60間作用力屬于哪一種類型？（5）C60晶體的晶胞中存在何種空隙？各有多少空隙？（6）K3C60晶體的晶胞中有多少個K？它們位于晶胞中何處？試寫出K的坐標位置。（7）同一溫度下，K3C60的晶體密度比C60的晶體密度增大了多少？ （1） 氧原

20、子坐標：（0，0，0）、（1/2，1/2，1/2）（1分） （2）1.51g/cm3（冰是密度最大的一種，密度與1.49的差異在于晶體理想化處理的必然：由鍵長計算金剛石和石墨的密度都有這樣的微小誤差）水在不同的溫度和壓力條件下可形成11種不同結構的晶體，密度從比水輕的0.92gcm3到約為水的一倍半的1.49 gcm3。冰是人們迄今已知的由一種簡單分子堆積出結構花樣最多的化合物。其中在冰中，每個氧有8個最近鄰，其中與4個以氫鍵結合，OHO距離為295pm，另外4個沒有氫鍵結合，距離相同。（1）畫出冰的晶胞結構示意圖（氧用表示，氫用表示），標明共價鍵（）和氫鍵（-），寫出氧原子的坐標。（2）計算

21、冰晶體的密度。 （1）C 28；D 30；E 24 正八面體削去六個頂點。 512620 34610、3886、3995、311133、41084、412122、51371 （2）（0，1/4，1/2）、（0，3/4，1/2）、（1/2，0，1/4）、（1/2，0，3/4） 8CH446H2O（n8） 按晶體的理想組成和晶胞參數，可算得晶胞體積V和晶胞中包含CH4的物質的量n（CH4）：Va3(1180pm)31.64103pm31.641027m3 n(CH4)1.331023mol 1cm3甲烷水合物晶體中含CH4的物質的量為：n1.331023mol8.11103mol 它相當于標準狀態

22、下的甲烷氣體V8.1110322.4m3182m3 文獻報導值比實際值小，說明甲烷分子在籠形多面體中并未完全充滿，即由于它的晶體中CH4沒有達到理想的全充滿的結構。（實際上甲烷水合物晶體結構形成時，并不要求512全部都充滿CH4分子，它的實際組成往往介于6CH446H2O和8CH446H2O之間。）下面是一組探討有關氣體水合物結構的試題。（1）氣體水合物是一類通過OHO氫鍵將H2O分子結合成三維骨架型的主體結構，在其中有多面體孔穴，孔穴中包含作為客體的氣體小分子，形成籠形水合包合物晶體。根據客體分子的大小和形狀，水分子可組成多種形式的主體骨架結構。已知有上百種氣體分子和水形成水合包合物。下圖列

23、出了五個多面體的結構：（ 內數字表示籠形多面體的多邊形邊數，上標表示該多邊形的數目。）A512 B51262 C51264 D43596273 E4668已知A、B分別由20、24個水分子組成，請再確定構成C、D、E籠形多面體的H2O分子數。籠形多面體E可認為哪種正多面體削去其頂點得到。請用題干表示方法寫出足球烯（C60）結構籠形多面體的構成。由24個水分子構成的14個面的籠形多面體除上面的結構外，請再舉兩例，用題干的表示方法表示。（2）甲烷水合物（nCH446H2O）是一種具有重要經濟價值的化合物，在海洋深處蘊藏量非常大，是未來的重要能源之一。它的晶體結構可看作由五角十二面體512和十四面體

24、51262共面連接堆積形成。在立方晶胞中，512的中心處在頂角和體心位置；51262中心位置在面上，坐標為（1/4，1/2，0）、（3/4，1/2，0）計6個。它們彼此共用六角形面連成柱體，再和五角十二面體共面連接。右圖所示出甲烷水合物中水骨架的結構。確定晶胞中其余4個51262中心的坐標；CH4分子由于體積較小，可包合在這兩種多面體中，若全部充滿時，確定晶胞的組成為（即n值）。已知該晶胞參數a1180pm，計算1cm3甲烷水合物晶體中可釋放CH4的體積（標準狀況下）。有的文獻中報導開采1m3的甲烷水合物晶體可得到164m3的甲烷氣體，請根據的結果給出一合理解釋。C組 NaF和MgF2都是典型

25、的離子晶體，分屬于NaCl型和金紅石型。AlF3晶體中雖然由于Al3的價態較高半徑較小而存在著一定程度的離子極化，但它仍屬于離子晶體。晶體中正、負離子間有較強的靜電作用，故三種晶體的熔點都較高。雖然三種離子晶體分屬于不同的結構型式，Madelung常數有差別，但影響它們點陣能大小的主要因素是離子的電價和離子鍵的長度。從NaF到AlF3，正離子的電價逐漸增高而半徑逐漸減小，因而點陣能逐漸增大，致使晶體的熔點逐漸升高。隨著正離子電價的進一步升高和半徑的進一步減小，極化能力進一步增強。從而使化合物的鍵型和構型都發生了變化。從SiF4開始的三個氟化物已不是離子化合物了。原子間靠共價鍵結合形成分子，分子

26、間靠范德華力結合形成晶體。由于范德華力比離子鍵弱得多，因而這3個氟化物的熔點大大降低。從SiF4到SF6熔點逐漸略有升高，是因為分子間作用力（主要是色散力）略有增大所致。第三周期元素氟化物的熔點從SiF4開始突然下降（見下表），試從結構觀點予以分析、說明。 硅酸鹽結構的基本單位是SiO4四面體。這些四面體互相公用頂點連接成各種各樣的結構形式。SiO4四面體每個頂點上的O2至多只能為兩個四面體共用，符合Pauling電價規則。一般說來，Si原子處在四面體的中心，鍵長、鍵角的平均值為：dSiO162pm，OsiSi140o由于Al3的大小和Si4相近，Al3可以或多或少、無序或有序地置換硅酸鹽中的

27、Si4，形成硅鋁酸鹽。此時Al原子處在AlO4四面體中，和Si一起組成硅鋁氧骨干。Al3置換Si4后，骨架中帶有一定負電荷，需要骨架外引入若干正離子以補償電荷，其中包括一部分處在配位八面體中的Al3。在硅鋁酸鹽中，（Si，Al）O4只共頂點連接，而且2個SiOAl的能量低于AlOAl和SiOSi能量的和。四面體的連接方式決定了硅鋁氧骨干的結構型式，而硅鋁氧骨干的結構型式又決定了硅鋁酸鹽的類型。根據硅鋁氧骨干的結構型式，可將硅鋁酸鹽分為分立型、鏈型、層型和骨架型。在硅鋁酸鹽中，硅鋁氧骨干外的金屬離子容易被其他金屬離子置換，置換后骨干的結構變化不大，但對硅鋁酸鹽的性質影響很大。這一點對于分子篩的交

28、換反應尤其重要。試說明硅酸鹽結構的共同特征。 從離子半徑分析，Al3的Pauling離子半徑為50 pm，Si4為41pm，O2為140 pm。Al3和O2與Si4和O2的rr都處在0.2250.414的范圍，應形成四面體配位結構。兩種正離子電價分別為十3和十4價，都比較高，用Al3置換Si4，不會引起結構上的大變化。實際上Si一O鍵以共價性為主，Si用sp3雜化軌道和O原子成鍵；AlO鍵也以共價性為主，成鍵情況也相似。所以在硅酸鹽中，鋁能部分地置換硅。鋁置換硅后，為了保持硅酸鹽的電中性，必須引進其他正離子，如Na，K，Ca2和Mg2等，共同組成硅鋁酸鹽。這在組成上可以有很大的可變性，形成多種

29、多樣的硅酸鹽。Al3為什么能部分置換硅酸鹽中的硅？置換后對硅酸鹽組成有何影響？ MNAVDZ14612核糖核酸酶S蛋白質晶體的晶體學數據如下：晶胞體積167 nm3，晶胞中分子數6，晶體密度1.282 gcm3。如蛋白質在晶體中質量分數為68，計算該蛋白質的相對分子質量。 （1）密度DZMNAVV（452.27 pm）2sin60o736.71 pm1.305108pm31.3051022cm3D4（21.00816.00）gmol1/6.0221023mol11.0351022cm30.917gcm1（2）坐標為（0，0，0）和（0，0，0.375）的兩個O原子間的距離即為氫鍵鍵長r：r（0

30、.3750）736.71 pm276.3pm（3）冰的點陣形式是簡單六方點陣（hP），整個晶胞包含的內容即4H2O為結構基元。冰為六方晶系晶體，晶胞參數a452.27 pm，c736.71 pm，晶胞中含4H2O，括號內為O原子分數坐標（0，0，0；0，0，0.375；2/3，1/3，1/2；2/3，1/3，0.875），請據此計算或說明：（1）計算冰的密度；（2）計算氫鍵OHO鍵長；（3）冰的點陣型式是什么？結構基元包含哪些內容？ （1）按求晶胞中分子數Z的公式，得：ZNAVD/M16（2）按正交晶系公式：dhkl（h2/a2k2/b2l2/c2）1/2代入有關數據，得：d224339.2p

31、m 13.14o（3）S8分子居于點群D4d，獨立的對稱元素有：I8，4C2，4d。S8分子既可形成單斜硫，也可形成正交硫。用X射線衍射法（Cu K射線）測得某正交硫晶體的晶胞參數a1048 pm，b1292 pm，c2455 pm。已知該硫磺的密度2.07 gcm1，S的相對原子質量為32。（1）計算每個晶胞中S8分子數目；（2）計算224衍射線的Bragg角（3）寫出氣相中S8分子的全部獨立的對稱元素。 （1）分子篩是一種天然或人工合成的泡沸石型硅鋁酸鹽晶體。已發現的天然沸石約有40余種，主要是絲光沸石、斜發沸石、方佛石和鈣十字沸石等。人工合成的佛石計有100余種，其中A型、X型、Y型和Z

32、SM型分子篩已在工業生產和科學研究中發揮著重要作用。人工合成的A型、X型和Y型等分子篩的化學組成可用通式從（AlpSiqO2（pq）mH2O對表示。由該通式可見，Al3和Si4的數目之和為O2數的一半，這表明這幾類分子篩都具有骨架型結構。在一般情況下，Al3數比Si4數小。若Al3數超過Si4數，則會在結構中出現AlO4四面體直接相連的情況，由于AlO靜電鍵強度小于SiO靜電鍵度，這會削弱骨架強度。通常，為使分子篩熱穩定性好、耐酸性強，總是希望硅鋁比高些。化學通式中的M是骨架外的金屬離子。為保持分子篩呈電中性，若M是一價離子，則rp，即在骨架中引入一個Al3代替Si4，則在骨架外就引入一個一價

33、正離子。若M為二價離子，則rp/2，等等。A型分子篩主要有3種，即3A，4A和5A型分子篩。4A分子篩是A型分子篩鈉鹽，屬于立方晶系，晶胞參數a2464 pm，晶胞的組成為Na96Al96Si96O382216 H2O。若不考慮Al3和Si4位置的差別，則可劃分出體積只有原晶胞體積1/8（即晶胞參數只有原晶胞參數的1/2）、組成為Na12Al12Si12O4827H2O的“假”晶胞。這種A型分子篩的有效孔徑見（b）題約4，故稱為4 A分子篩或NaA分子篩。若用K十代替Na，由于K十的半徑比Na十的半徑大，分子篩的有效孔徑減小至3左右，稱為3 A型分子篩或KA型分子篩。其化學組成為K12Al12

34、Si12O4827H2O。當用Ca2取代Na時，由于Ca2的電價是Na的2倍，因而Ca2的數目是被其取代的Na數目的一半。而Ca2的半徑和Na的半徑相近，它優先占據六元環的位置。當晶胞中約有2/3的Na被取代時，八元環不再為骨架外的離子所占，這使分子篩八元環的有效孔徑增大至約5，稱為5A分子篩或CaA型分子篩，其典型組成為Ca4Na4Al12Si12O4827 H2O。如前所述，分子篩已在工業生產和科學研究中發揮著重要作用。SA分子篩可用于石油脫蠟，使油品凝固點降低，分離出的正烷烴可作為洗滌劑原料。它還可用于氣體或液體的深度干燥及氣體的純化。也可用來分離甲烷、乙烷和丙烷。4A分子篩是制備5A分

35、子篩和3A分子篩的原料，它可用于氣體和液體的深度干燥和純化。3A分子篩用于深度干燥乙烯和丙烯等氣體。分子篩對水的吸附能力很強，吸附容量很大，可將空氣中水的含量從4000 ppm降至10ppm。此外，A型分子篩不潮解、不膨脹、不腐蝕、不污染、可再生，是理想的吸附劑、干燥劑和分離劑，某些A型分子篩還可作為一些化學反應的催化劑。（2）將一正八面體分別沿著垂直于C4軸的方向削去頂角，所得到的多面體稱為立方八面體。削去6個頂點得到6個四邊形，而原來的8個三角形都變成了六邊形，所以立方八面體是一個十四面體，有24個頂點、36條棱。可看作由立方體和八面體圍聚而成。在分子篩結構中，硅（鋁）氧四面體通過頂點上的

36、O2互相連接形成環，環上的四面體再通過頂點上的O2互相連接形成三維骨架。在骨架中形成了許許多多面體空穴，常稱為“籠”。A型分子篩就是由立方八面體籠、籠和立方體籠構成的。立方八面體籠又稱為籠或方鈉石籠。其幾何結構特征可用上述的立方八面體模擬。籠的平均有效直徑為 660 pm，有效體積約4.11018 cm3將籠放在立方體的8個頂點上，籠和籠通過立方體相連，則8個籠相連后形成一個籠，此即A型分子篩的結構見圖（a）。籠是一個二十六面體，由12個四元環、8個六元環和6個八元環組成，共有48個頂點、72條棱。A型分子篩的最大窗口是八元環，由8個硅（鋁）氧四面體構成。八元環包含8個硅（鋁）離子和8個氧離子

37、。該八元環的有效孔徑約為420 pm。若把環看成正多邊形，則八元環的直徑可按圖（b）估算。AB2（rSi4rO2）sin109.5o/2267.9pmBCABsin（180o109.5o）/2154.6pmCC，2ABsin（90o35.25o）437.6pmBB，746.8pm 所以八元環的直徑為：BB2rO2746.8 pm2138pm471pm（3）如前所述，8個籠通過立方體互相連接形成籠。它是A型分子篩最大的空穴，平均有效直徑為1140pm，有效體積為4.41016cm3。（4）脫水后的分子篩具有空曠的骨架型結構，在結構中有許多孔徑均勻的通道和排列整齊、內表面很大的空穴。孔徑大小數量級

38、與一般分子相當，它只允許直徑比孔徑小的分子進入，直徑比孔徑大的分子被拒之門外，從而將大小、形狀不同的分子分開，起篩分分子的作用，故而得名。回答下列有關A型分子篩的問題：（1）寫出3A，4A，5A型分子篩的化學組成表達式及其用途；（2）最大孔窗由幾個Si和幾個O原子圍成？（3）最大孔穴（籠）是什么籠？直徑大約多大？（4）簡述篩分分子的機理。 （1）C60分子堆積成的立方最密堆積結構沿四重軸方向的投影圖下圖四面體空隙中心的分數坐標：11/4，1/4，1/4；1/4，1/4，3/4；3/4，1/4，1/4；3/4，1/4，3/4；1/4，3/4，1/4；1/4，3/4，3/4；3/4，3/4，1/4；3/4，3/4，3/4。八面體空隙中心的分數坐標為：1/2，1/2，1/2；1/2，0，0；0，1/2，0；0，0，1/2。（2）首先，由晶體結構參數求出C60分子的半徑R。由hcp結構的晶胞參數a求得：Ra/2501 pm也可由ccp結構的晶