1、全國化學競賽初賽強化訓練原子結構、晶體和氫鍵11984年，聯邦德國達姆施塔特重離子研究機構阿姆布魯斯特和明岑貝格等人在重離子加速器上用58Fe離子轟擊208Pb靶時發現了265X。（1）X的元素符號是 ，X最高價氧化物的化學式是 。（2）用元素符號并在左上角和左下角分別標注其質量數和質子數，寫出合成X的核反應方程式（方程式涉及的其他符號請按常規書寫）。（3）最近有人用高能26Mg核轟擊248Cm核，發生核合成反應，得到X的另一種同位素；然后釋放出粒子，得到質量數為265的另一種核素。分別寫出核反應方程式。答案：（1）Hs（1分） HsO4（1分） （2）FePbHsn（1分）（3）MgCmHs

2、5n HsSgHe（各1分）2在我們地球的物質世界里的周期系是根據4個量子數建立的，即n1，2，3，；l0，1，（n1）；ml0，±1，±2，±l；ms±1/2。如果在另一個星球，那里的周期系也是由4個量子數建立的，但它們的關系為n1，2，3，；l0，±1，±2，±(n1)；ml0，1，2，l1；ms±1/2。如果在地球上的基本原理在這個星球上也是適用的（但不發生能級交錯現象），回答下列問題：（1）這個星球中第一、二、三、四、五、六層各有幾個亞層？（2）這個星球中s、p、d、f、g、h亞層各有幾個軌道？（3）這個星

3、球中第一、二、三、四、五、n層各有幾種元素？（4）寫出9、33號元素的價電子構型；（5）寫出前112號元素電負性最大和最小的元素的原子序數；（6）寫出第二周期中可能的雜化軌道。（7）在這個星球中的有機化學是最可能以哪一種元素為基礎的？寫出原子序數。（8）在這個星球中，有哪些規則和地球上所用的8電子和18電子規則相當？（9）如果這個星球中每個軌道只容納1個電子（ms1/2），其它量子數和基本原理不變，寫出前100號元素的稀有氣體的原子序數。答案：（1）1、3、5、7、9、11（1分） （2）1、2、3、4、5、6（1分）（3）2、12、30、56、90（1分）、2n(2n1)（1分）（4）1s2

4、2s22p22d3 1s22s22p42d63s23p43d63f7（各1分）（5）13 101（各1分）（6）sp、sp2、sp2d、sp2d、sp2d2、sp2d3、pd、pd2、pd3、p2d、p2d2、p2d3（2分）（7）8（1分） （8）12、30（1分）（9）2、11、31、66（1分）3已知等電子體間具有相似的空間構型和成鍵形式，SO3、BF3、NO3、CO32互為等電子體。（1）指出上述等電子體的空間構型和成鍵情況；（2）為什么上述等電子體不包括SiO32、O4？（3）列舉與N2為等電子體的分子或離子4種答案：（1）平面正三角形（1分） 除3個鍵外還有1個大鍵（1分）（2）S

5、iO32和O4都不是ABn型。SiO32是化學式（1分），它是SiO44以2個氧分別和另外2個SiO2相聯成長鏈或環狀物質的化學式，不像CO32等那樣是一個單獨存在的離子單元（1分）；O4的構型為（1分）。（3）CO、NO、CN、C22（2分）4NF3是一種三角錐體分子A，鍵角102°，沸點129；可在銅的催化作用下由F2和過量NH3反應得到。 （1）寫出制備NF3的化學反應方程式；（2）為什么NF3的鍵角比NH3的鍵角（107.3°）小得多？（3）為什么NF3的沸點比NH3的沸點（33）低得多？（4）用和表示出NH3和NF3分子中鍵的極性，預測這兩個分子極性大小，并解釋原

6、因。（5）預測NF3酸堿性情況？（6）在NF3中NF鍵能為280kJ/mol，比在BF3中BF鍵能（646kJ/mol）的1/2還小，請解釋原因。（7）NF3不易發生水解，而NCl3卻能發生水解。分析NF3不發生水解的3點理由和NCl3的水解反應方程式。答案：（1）4NH33F2NF33NH4F（1分）（2）F電負性大于氫，故NF3中N周圍電子密度相對小于NH3中情形（1.5分）（3）NH3中有氫鍵，NF3只有范德華力（1.5分）（4） （1分）NF3分子的極性比NH3分子的極性?。?分）在NF3中，孤對電子產生的偶極方向和NF健產生的偶極方向相反而抵消，在NH3中NH鍵的凈偶極矩和孤對電子的

7、偶極矩方向一致（1分，NF3偶極矩0.78×1030C·m；NH3偶極矩4.74×1030C·m）（5）具有弱堿性，且堿性比NH3弱（1分）（6）B原子半徑比N原子小，且B、F電負性差比N、F電負性差大，因此BF單鍵比NF單鍵鍵能大（1分）；在BF3中，由于F和B的p軌道重疊，使BF健具有雙鍵特征（），因此在BF3中的鍵能更大（1分）。（7）電負性FN，N為，不接受H2O的H進攻，不能發生親電水解（1分）；N只有4個價軌道，均被占據，不能發生親核水解（1分）；NF鍵能大，難斷開。（1分） NCl33H2ONH33HClO（1分）5自發現稀有氣體以來，人們

8、對其反應活性的零星研究一直沒有停止過，稀有氣體化合物一度成為世界范圍內的研究熱門。（1）稀有氣體氙能和氟形成多種氟化物，實驗測定在353K、15.6kPa時，某氣態氟化物試樣的密度為0.899g/cm3，試確定該氟化物的分子式 ；（2）該化合物的電子排布為 構型；（3）該化合物的晶體結構已由中子衍射測定，晶體屬四方晶系產品，a431.5pm，c699pm，晶胞中有兩個分子，其中Xe：（0，0，0）、（1/2，1/2，1/2），F：（0，0，z）、（0，0，z），假設XeF鍵長200pm，計算非鍵FF、XeF的最短距離。并畫出一個晶胞圖。答案：（1）XeF2（1分）（2）三角雙錐（1分）（3）R

9、F-F299pm，RXe-Ag340pm（1分）（2分）6（1）一種金屬化合物中晶體結構為立方面心點陣，Mg原子采用類似金剛石的排列，每4個Cu原子形成四面體，相互之間共用頂點連接起來，排布在Mg原子的空隙中。請問該晶胞中有 個原子，該金屬化合物最簡式為 。（2）以草酸鐵和草酸鋅為原料，按一定比例溶于水中充分攪拌混勻，加熱并蒸去混合溶液的水分；逐漸共沉淀下來，產物幾乎為Fe3與Zn2均勻分布的的固溶體型草酸鹽混合物，過濾、灼燒，即成很好的固相反應原料“前驅物”的制備即一種尖晶石型物質A：O2作立方最密堆積，Zn2占據1/8的四面體空隙，Fe3占據1/2的八面體空隙。請寫出該反應的化學方程式。答

10、案：（1）24，MgCu2（各2分）（2）Fe2(COO)23Zn(COO)2ZnFe2O44CO4CO2（4分）7日本的白川英樹等于1977年首先合成出帶有金屬光澤的聚乙炔薄膜，發現它具有導電性。這是世界上第一個導電高分子聚合物。研究者為此獲得了2000年諾貝爾化學獎。（1）寫出聚乙炔分子的順式和反式兩種構型。再另舉一例常見高分子化合物，它也有順反兩種構型（但不具有導電性）。（2）若把聚乙炔分子看成一維晶體，指出該晶體的結構基元。（3）簡述該聚乙炔塑料的分子結構特點。（4）假設有一種聚乙炔由9個乙炔分子聚合而成，聚乙炔分子中碳碳平均鍵長為140pm。若將上述線型聚乙炔分子頭尾連接起來，形成一

11、個具有很好對稱性的大環輪烯分子，請畫出該分子的結構。 （5）如果5個或7個乙炔分子也頭尾連接起來，分別形成大環輪烯分子，請畫出它們的結構。（6）如果3個乙炔分子聚合，可得到什么常見物質。并比較與由5、7、9個乙炔分子聚合而成的大環輪烯分子在結構上有什么共同之處。（7）預測由3、5、7、9個乙炔分子聚合而成的化合物是否都具有芳香性？作出必要的說明。答案：（1）（順式） （反式）（各1分） （1分）（順式）天然橡膠 （反式）杜仲膠（2）CHCHCHCH（1分）（3）聚乙炔的結構單元是CH，每個碳原子軌道都是sp2雜化，形成了三個共平面的，夾角約120°的雜化軌道，這些軌道與相鄰的碳氫原子

12、軌道鍵合構成了平面型的結構框架。其余未成鍵的PZ軌道與這一分子平面垂直，它們互相重疊，形成長程的電子共軛體。（2分）（4）（2分）（5） （各1分）（6）苯（1分）都有3個順式雙鍵（苯看作單雙鍵）（1分）（7）6輪烯（苯）、14輪烯、18輪烯都具有芳香性；10輪烯不具有芳香性。10輪烯雖然電子也滿足4n2，但環內的2個氫原子的相對位置破壞了環的平面性。8PdO屬四方晶系，在其晶體中，Pd原子和O原子分別以層狀排布，其中O原子層與層之間能夠完全重合，而Pd原子則每隔一層重復一次，試畫出PdO的晶胞，并指出距Pd最近的原子有幾個，呈何種立體構型？ 分析：PdO屬四方晶系，其中Pd原子則每隔一層重復

13、一次，說明晶胞中有兩類不同空間環境的Pd原子，考慮到Pd常采用四配位，Pd2采用dsp2雜化呈平面四方形，故晶胞中含有四個Pd原子。做圖如右。距離Pd原子最近的原子為氧原子，有4個，呈平面四方形。9氟硅酸H2SiF6具有很好的防治小麥銹病的藥效，但它易按下式分解而失效: H2SiF6(l)SiF4(g) + 2HF(g)。后來人們將四氟化硅氣體通入尿素的甲醇溶液制得了氟硅酸脲晶體，它易溶于水，和含量相同的氟硅酸具有相同的防銹藥效，并有許多優越性能而成為氟硅酸的替代產品。晶體結構測試表明，氟硅酸脲屬四方晶系，晶胞參數a926.3pm, c-3; 晶體由(NH2)2CO2H+和SiF62-兩種離子

14、組成，其中(NH2)2CO2H+是由兩個尿素分子俘獲一個質子形成的脲合質子。 （1）試分析脲合質子(NH2)2CO2H+的結構和成鍵情況；（2）計算說明一個氟硅酸脲晶胞中包含多少個這樣的脲合質子；（3）與氟硅酸相比，氟硅酸脲能有效地保持藥效并減小腐蝕性，請解釋原因。答案：（1） 或 2個尿素分子俘獲1個質子H+，在尿素分子的2個氧原子間形成很強的氫鍵OHO。（2）根據密度計算公式可得：根據計算結果可知，一個晶胞中包含4個(NH2)2CO2H2SiF6，即一個晶胞中有8個脲合質子(NH2)2CO2H+。 （3）因為在氟硅酸脲晶體每2個尿素分子俘獲1個質子H+形成脲合質子(NH2)2CO2H+，被

15、俘獲的質子與2個尿素分子的O原子間形成很強的氫鍵OHO，這就使得氟硅酸脲緩慢地釋放質子，而有效地抑制了下述反應的進行：H2SiF6(l) = SiF4(g) + 2HF(g)，從而能有效地保持藥效并減小腐蝕性。10經 X射線分析鑒定，某一離子晶體屬于立方晶系，其晶胞參數 a=403.lpm。晶胞頂點位置為Ti4+所占，體心位置為Ba2+所占，所有棱心位置為O2-所占。請據此回答或計算：（1）用分數坐標表達各離子在晶胞中的位置。（2）寫出此晶體的化學式。 （3）指出晶體的點陣型式和結構基元。（4）指出Ti4+的氧配位數和Ba2+的氧配位數。（5）計算兩種正離子的半徑值（O2-半徑為 140 pm

16、）。（6）Ba2+和O2-聯合組成哪種型式的堆積？（7）O2-的配位情況怎樣？答案：（1）Ti4+:0,0,0; Ba2+:1/2,1/2,1/2; O2-:1/2,0,0 0,1/2,0 0,0,1/2。（2）BaTiO3（3）晶體的點陣型式為簡單立方，一個晶胞即一個結構基元。（4）Ti4+的氧配位數為6，Ba2+的氧配位數12。（5）在晶胞的棱上，Ti4+和O2-互相接觸，故 Ba2+和O2-在高度為1/2a且平行于立方晶胞的面對角線方向上互相接觸，因而 （6）聯合組成立方最密堆積 。（7）O2-的鈦配位數為2，O2-的鋇配位數為4。11SiC具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性及較高的高溫強

17、度等特點，已成為一種重要的工程材料。其晶體具有六方ZnS型結構，晶胞參數為a308pm，c505pm，已知C原子的分數坐標為0，0，0和 ；Si原子的分數坐標為 和 （1） 按比例畫出SiC六方晶胞。（2）每個晶胞中含有SiC 個。（3）晶體中Si的堆積型式是 。 C填充的空隙類型是 。 （4）列式計算CSi鍵長。 答案：（1）SiC六方晶胞 （2）每個晶胞中含有2個SiC。 （3）Si原子作六方最密堆積，C原子填充在Si圍成的四面體空隙中。 （4）由（1）中晶胞圖可以看出，Si-C鍵長為：12實驗表明，乙烯在很低的溫度下能凝結成分子晶體，經X-射線分析鑒定，其晶體結構屬于正交晶系，晶胞參數為

18、：a = 4.87Å，b = 6.46 Å，c = 4.15 Å，晶體結構如圖1所示。 （1）該晶體的晶胞類型是 。（2）晶體的理論密度是 cm-3。（3）設C原子形成的雙鍵中心對稱地通過原點，離原點最近的C原子的分數坐標為（0.11, 0.06, 0.00），試計算C=C共價鍵長是 Å。 答案：（1）簡單正交晶胞（2）0.71 g·cm-3（3）1.32 Å 13C60分子本身是不導電的絕緣體，但它的金屬化合物具有半導體性、超導性。1991年4月Hebard等首先報道摻鉀C60有超導性，超導臨界溫度19K。研究表明KxC60的晶體結

19、構中，C60具有面心立方結構（與NaCl晶體結構中Na或Cl的排列方式類似），而K填充在其四面體和八面體空隙中，晶胞參數1.4253nm（相當于NaCl晶胞的邊長）。（1）C60晶體類型與KxC60晶體類型分別是 、 。（2）占據四面體空隙和八面體空隙中的K數之比是 。（3）X 。（4）如果K半徑為0.112nm，則C60的分子半徑約為 。（5）計算KxC60的密度。答案：（1）分子晶體 離子晶體 （2）21 （3）3 （4）0.505nm （5）1.92g/cm314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

20、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18K。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6.02×1023mol-1，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C60C60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

21、？它們位于晶胞中何處？（7）同一溫度下，K3C60的晶體密度比C60的晶體密度增大了多少？答案：（1）答案見右圖。（2）最近距離(2dmin)2a2a2 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，是分子間作用力。C60C60間作用力應為分子間作用力，由于C60的摩爾質量大于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

22、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，還有4個K處于4個八面體空隙中。 （7）C60：d1.672g/cm3 K3C60：d1.928g/cm3 K3C60的晶體密度比C60增大了0.256g/cm315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0.92g·cm3到約為水的一倍半的1.49 g·cm-3。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），

23、標明共價鍵（）和氫鍵（-）。 （2）計算冰晶體的密度。答案：（1）氧原子坐標：（0，0，0）、（1/2，1/2，1/2）（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）。16某同學在學習等徑球最密堆積（立方最密堆積A1和六方最密堆積A3）后，提出了另一種最密堆積形式Ax。如右圖所示為Ax堆積的片層形式，然后第二層就堆積在第一層的空隙上。請根據Ax的堆積形式回答:（1）計算在片層結構中（如圖所示）球數、空隙數和切點數之比 （2）在Ax堆積中將會形成正八面體空隙和正四面體空隙。確定球數、正八面體空隙數和正四

24、面體空隙數之比 （3）指出Ax堆積中小球的配位數 （4）計算Ax堆積的原子空間利用率。（5）正八面體和正四面體空隙半徑（可填充小球的最大半徑，設等徑小球的半徑為r）。（6）已知金屬Ni晶體結構為Ax堆積形式，Ni原子半徑為124.6pm，計算金屬Ni的密度。（Ni的相對原子質量為58.70）（7）如果CuH晶體中Cu的堆積形式為Ax型，H填充在空隙中，且配位數是4。則H填充的是哪一類空隙，占有率是多少？（8）當該同學將這種Ax堆積形式告訴老師時，老師說Ax就是A1或A3的某一種。你認為是哪一種，為什么？ 答案：（1） 112 （2）112 一個球參與六個正八面體空隙，一個正八面體空隙由六個球圍

25、成；一個球參與八個正四面體空隙，一個正四面體空隙由四個球圍成。（3）小球的配位數為12 平面已配位4個，中心球周圍的四個空隙上下各堆積4個，共12個。 （4）74.05% 以4個相鄰小球中心構成底面，空隙上小球的中心為上底面的中心構成正四棱柱，設小球半徑為r，則正四棱柱邊長為2r，高為r，共包括1個小球（4個1/4，1個1/2），空間利用率為（5）正八面體空隙為0.414r，正四面體空隙為0.225r。 （6）8.91g/cm3 根據第（4）題，正四棱柱質量為58.70/NAg，體積為1.094×10-23cm3。（7）H填充在正四面體空隙，占有率為50% 正四面體為4配位，正八面體為6配位，且正四面體空隙數為小球數的2倍。 （8）Ax就是A1，取一個中心小球周圍的4個小球的中心為頂點構成正方形，然后上面再取兩層，就是頂點面心的堆積形式。底面一層和第三層中心小球是面心，周圍四小球是頂點，第