1、晶體結(jié)構(gòu)第一題鎢酸鈉Na2WO4和金屬鎢在隔絕空氣的條件下加熱得到一種具有金屬光澤的、深色的、有導(dǎo)電性的固體，化學(xué)式NaxWO3，用X射線衍射法測得這種固體的立方晶胞的邊長a = 3.80X1010m，用比重瓶法測得它的密度為d = 7.36g/cm3。已知相對原子質(zhì)量：W 183.85，Na 22.99，O 16.00，阿伏加德羅常數(shù)L = 6.022X1023mol1。求這種固體的組成中的x值(2位有效數(shù)字), 給出計(jì)算過程。(12分)第二題理想的宏觀單一晶體呈規(guī)則的多面體外形。多面體的面叫晶面。今有一枚MgO單晶如附圖所示。它有6個八角形晶面和8個正三角形晶面。宏觀晶體的晶面是與微觀晶胞

2、中一定取向的截面對應(yīng)的。已知MgO的晶體結(jié)構(gòu)屬NaCl型。它的單晶的八角形面對應(yīng)于它的晶胞的面。請指出排列在正三角形晶面上的原子（用元素符號表示原子，至少畫出6個原子，并用直線把這些原子連起，以顯示它們的幾何關(guān)系）。（6分）第三題已經(jīng)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(yùn)藏在我國陸地下的天然氣總量的一半。據(jù)報(bào)導(dǎo)，這些蘊(yùn)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。 3-1試設(shè)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(jù)是什么？（2分）3-2已知每1立方米這種晶體能釋放出1

3、64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(shù)據(jù)由自己假設(shè)，只要假設(shè)得合理均按正確論）。（6分）第四題（5分）今年3月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K呈超導(dǎo)性，可能是人類對超導(dǎo)認(rèn)識的新里程碑。在硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布的，像維夫餅干，一層鎂一層硼地相間，圖5-1是該晶體微觀空間中取出的部分原子沿c軸方向的投影，白球是鎂原子投影，黑球是硼原子投影，圖中硼原子和鎂原子投影在同一平面上。圖 5-1 硼化鎂的晶體結(jié)構(gòu)示意圖 a = b c，c軸向上（3分） 4-1 由圖5-1可確定硼化鎂的化學(xué)式為： （2分）4-2 在圖右的方框里畫出硼化鎂的一個晶胞的示意圖，標(biāo)出該晶胞內(nèi)、面、

4、棱、頂角上可能存在的所有硼原子和鎂原子（鎂原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。第五題（10分）研究離子晶體，常考察以一個離子為中心時，其周圍不同距離的離子對它的吸引或排斥的靜電作用力。設(shè)氯化鈉晶體中鈉離子跟離它最近的氯離子之間的距離為d，以鈉離子為中心，則：5-1 次近的第二層離子有 個，離中心離子的距離為 ，它們 離子。(各1分，總3分)5-2 已知在晶體中Na+離子的半徑為116 pm，Cl-離子的半徑為167 pm，它們在晶體中是緊密接觸的。求離子占據(jù)整個晶體空間的百分?jǐn)?shù)。（總1分）5-3 納米材料的表面原子占總原子數(shù)的比例極大，這是它的許多特殊性質(zhì)的原因，假設(shè)某氯化鈉納米顆粒的大小和形

5、狀恰等于氯化鈉晶胞的大小和形狀，求這種納米顆粒的表面原子占總原子數(shù)的百分比。（總1分）5-4 假設(shè)某氯化鈉顆粒形狀為立方體，邊長為氯化鈉晶胞邊長的10倍，試估算表面原子占總原子數(shù)的百分比。（總5分）第六題（12分） （03）2003年3月日本筑波材料科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室一個研究小組發(fā)現(xiàn)首例帶結(jié)晶水的晶體在5K下呈現(xiàn)超導(dǎo)性。據(jù)報(bào)道，該晶體的化學(xué)式為Na0.35CoO2·1.3H2O，具有CoO2H2ONaH2OCoO2H2ONaH2O層狀結(jié)構(gòu)；在以“CoO2”為最簡式表示的二維結(jié)構(gòu)中，鈷原子和氧原子呈周期性排列，鈷原子被4個氧原子包圍，CoO鍵等長。6-1鈷原子的平均氧化態(tài)為 。6-2以代表

6、氧原子，以代表鈷原子，畫出CoO2層的結(jié)構(gòu)，用粗線畫出兩種二維晶胞。可資參考的范例是：石墨的二維晶胞是右圖中用粗線圍攏的平行四邊形。6-3據(jù)報(bào)道，該晶體是以Na0.7CoO2為起始物，先跟溴反應(yīng)，然后用水洗滌而得到的。寫出起始物和溴的反應(yīng)方程式。第七題（6分） （03）釩是我國豐產(chǎn)元素，儲量占全球11，居第四位。在光纖通訊系統(tǒng)中，光纖將信息導(dǎo)入離光源1km外的用戶就需用5片釩酸釔晶體（釔是第39號元素）。我國福州是全球釩酸釔晶體主要供應(yīng)地，每年出口幾十萬片釩酸釔晶體，年創(chuàng)匯近千萬美元（1999年）。釩酸釔是四方晶體，晶胞參數(shù)a712pm，c629pm，密度d4.22g/cm3，含釩25，求釩酸

7、釔的化學(xué)式以及在一個晶胞中有幾個原子。給出計(jì)算過程。計(jì)算過程：釩酸鈦的化學(xué)式： 一個晶胞中的原子數(shù)： 第八題（4分） （04）2004年7月德俄兩國化學(xué)家共同宣布，在高壓下氮?dú)鈺l(fā)生聚合得到高聚氮，這種高聚氮的NN鍵的鍵能為160kJ/mol（N2的鍵能為942kJ/mol），晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。在這種晶體中，每個氮原子的配位數(shù)為 ；按鍵型分類時，屬于 晶體。這種固體的可能潛在應(yīng)用是 ，這是因?yàn)椋?。第九題（6分） （04）最近發(fā)現(xiàn)，只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導(dǎo)性。鑒于這三種元素都是常見元素，從而引起廣泛關(guān)注。該晶體的結(jié)構(gòu)可看作由鎂原子和鎳原子在一起進(jìn)行（面心）立方最密堆積（ccp

8、），它們的排列有序，沒有相互代換的現(xiàn)象（即沒有平均原子或統(tǒng)計(jì)原子），它們構(gòu)成兩種八面體空隙，一種由鎳原子構(gòu)成，另一種由鎳原子和鎂原子一起構(gòu)成，兩種八面體的數(shù)量比是13，碳原子只填充在鎳原子構(gòu)成的八面體空隙中。1畫出該新型超導(dǎo)材料的一個晶胞（碳原子用小球，鎳原子用大球，鎂原子用大球）。2寫出該新型超導(dǎo)材料的化學(xué)式。第十題（9分） （04）88.1克某過渡金屬元素M同134.4升（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）一氧化碳完全反應(yīng)生成反磁性四配位絡(luò)合物。該配合物在一定條件下跟氧反應(yīng)生成與NaCl屬同一晶型的氧化物。1推斷該金屬是什么 2在一定溫度下MO可在三氧化二鋁表面自發(fā)地分散并形成“單分子層”。理論上可以計(jì)算

9、單層分散量，實(shí)驗(yàn)上亦能測定。(a)說明MO在三氧化二鋁表面能自發(fā)分散的主要原因。(b)三氧化二鋁表面上鋁離子的配位是不飽和的。MO中的氧離子在三氧化二鋁表面上形成密置單層。畫出此模型的圖形；計(jì)算MO在三氧化二鋁（比表面為178 m2/g）表面上的最大單層分散量（g/m2）（氧離子的半徑為140 pm）。第十一題（12分）為紀(jì)念1905年愛因斯坦連續(xù)發(fā)表6篇論文導(dǎo)致物理學(xué)大變革100周年，今年被定為國際物理年。本題涉及的“熱電效應(yīng)”機(jī)理也是愛因斯坦首先闡釋的，即他提出的被后人稱為“愛因斯坦振蕩器”的獨(dú)立振蕩原子與溫度關(guān)系的模型。 11-1左上圖是熱電效應(yīng)之一的圖解。給出圖中所有英文單詞（或詞組）

10、及物理學(xué)符號的意義，并為此圖寫一篇不超過200字（包括標(biāo)點(diǎn)符號等）的說明文。input hot cold heat flow I n p i+ (各0.25分) (4分)11-2右上圖是化學(xué)家合成的能實(shí)現(xiàn)熱電效應(yīng)的一種晶體的晶胞模型。圖中的大原子是稀土原子，如鑭；小原子是周期系第五主族元素，如銻；中等大小的原子是周期系VIII 族元素，如鐵。按如上結(jié)構(gòu)圖寫出這種熱電晶體的化學(xué)式。給出計(jì)算過程。提示：晶胞的6個面的原子數(shù)相同。設(shè)晶體中銻的氧化態(tài)為1，鑭的氧化態(tài)為+3，問：鐵的平均氧化態(tài)多大？ 化學(xué)式 （2分）鐵的氧化態(tài) （1分） 計(jì)算化學(xué)式的過程如下：（3分）第十二題（12分） LiCl和KCl

11、同屬NaCl型晶體，其熔點(diǎn)分別為614和776。Li+、K+和Cl-的半徑分別為76pm、133pm和181pm。在電解熔鹽LiCl以制取金屬鋰的生產(chǎn)工藝中，加入適量的KCl晶體，可使電解槽溫度下降至400，從而使生產(chǎn)條件得以改善。12-1 簡要說明加入熔點(diǎn)高的KCl反而使電解溫度大大下降的原因； (2分：)12-2 有人認(rèn)為，LiCl和KCl可形成固溶體（并畫出了“固溶體的晶胞”）。但實(shí)驗(yàn)表明，液相LiCl和KCl能以任意比例混溶而它們的固相完全不混溶（即不能生成固溶體！）。請解釋在固相中完全不混溶的主要原因。12-3 寫出計(jì)算LiCl和KCl兩種晶體密度之比的表達(dá)式(須包含離子半徑的符號)

12、； (2分) 12-4 在KCl晶體中，K+離子占據(jù)由Cl- 離子圍成的八面體空隙，計(jì)算相距最近的八面體空隙中心之間的距離。 (2分；)12-5 實(shí)驗(yàn)證明，即使產(chǎn)生了陽離子空位，KCl晶體在室溫下也不導(dǎo)電。請通過計(jì)算加以說明。第十三題（9分） 超硬材料氮化鉑是近年來的一個研究熱點(diǎn)。它是在高溫、超高壓條件下合成的（50GPa、2000K）。由于相對于鉑，氮原子的電子太少，衍射強(qiáng)度太弱，單靠X-射線衍射實(shí)驗(yàn)難以確定氮化鉑晶體中氮原子數(shù)和原子坐標(biāo)，2004年以來，先后提出過氮化鉑的晶體結(jié)構(gòu)有閃鋅礦型、巖鹽型（NaCl）和螢石型，2006年4月11日又有人認(rèn)為氮化鉑的晶胞如下圖所示（圖中的白球表示氮原

13、子，為便于觀察，該圖省略了一些氮原子）。結(jié)構(gòu)分析證實(shí)，氮是四配位的，而鉑是六配位的；PtN鍵長均為209.6pm，NN鍵長均為142.0 pm（對比：N2分子的鍵長為110.0pm）。 備用圖13-1 氮化鉑的上述四種立方晶體在結(jié)構(gòu)上有什么共同點(diǎn)？ （2分）13-2 分別給出上述四種氮化鉑結(jié)構(gòu)的化學(xué)式。 （2分）13-3 試在圖上挑選一個氮原子，不添加原子，用粗線畫出所選氮原子的配位多面體。 （3分）  13-4請?jiān)诒绢}的附圖上添加六個氮原子（添加的氮請盡可能靠前）。 （2分） 第十四題（11分） 磷化硼是一種受到高度關(guān)注的耐磨涂料，它可用作金屬的表面保護(hù)層。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氫氣中高溫反應(yīng)合成。14-1.寫出合成磷化硼的化學(xué)反應(yīng)方程式。 （1分）14-2.分別畫出三溴