【化学奥赛】晶体结构习题.doc

晶体结构题 一（2004年全国高中学生化学竞赛决赛6分）氢是 重要而洁净的能源。要利用氢气作能源，必须解决 好安全有效地储存氢气问题。化学家研究出利用合 金储存氢气，LaNi5是一种储氢材料。LaNi5的晶体 结构已经测定，属六方晶系，晶胞参数a=511 pm, c＝397 pm,晶体结构如图2所示。 ⒈从LaNi5晶体结构图中勾画出一个LaNi5晶胞。 ⒉每个晶胞中含有多少个La原子和Ni原子？ ⒊LaNi5晶胞中含有3个八面体空隙和6个四面体空隙，若每个空隙填人1个H原子，计算该储氢材料吸氢后氢的密度，该密度是标准状态下氢气密度(8.987× 10-5 g·m-3)的多少倍？（氢的相对原子质量为1.008；光速c为2．998×108 m·s-1；忽略吸氢前后晶胞的体积变化）。 解： ⒈晶胞结构见图4。 ⒉晶胞中含有 1 个La原子 和 5 个Ni原子 ⒊计算过程： 六方晶胞体积：V=a2csin120° =(5.11×10-8)2×3.97×10-8×31/2/2 =89.7×10-24cm3 氢气密度 是氢气密度的1.87×103倍。 二. (2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题1)在酸化钨酸盐的过程中，钨酸根WO42?可能在不同程度上缩合形成多钨酸根。多钨酸根的组成常因溶液的酸度不同而不同，它们的结构都由含一个中心W原子和六个配位O原子的钨氧八面体WO6通过共顶或共边的方式形成。在为数众多的多钨酸根中，性质和结构了解得比较清楚的是仲钨酸根[H2W12O42]10?和偏钨酸根[H2W12O40]6?。在下面三张结构图中，哪一张是仲钨酸根的结构？简述判断理由。 (a) (b) (c) 1 解 ： 提示：考察八面体的投影图，可以得到更清楚地认识。 2 三．(2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题4) 轻质碳酸镁是广泛应用于橡胶、塑料、食品和 医药工业的化工产品，它的生产以白云石（主 要成分是碳酸镁钙）为原料。右图是省略了部 分原子或离子的白云石晶胞。 [1] 写出图中标有1、2、3、4、5、6、7的 原子或离子的元素符号。 [2] 在答题纸的图中补上与3、5原子或离子 相邻的其他原子或离子，再用连线表示它们与 Mg的配位关系。 解： 四．(2006年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题7)沸石分子筛是重要的石油化工催化 材料。下图是一种沸石晶体结构的一部分，其中多面体的每一个顶点均代表一个 T原子（T 可为Si或Al），每一条边代表一个氧桥（即连接两个T原子的氧原 子）。该结构可以看成是由6个正方形和8个正六边形围成的凸多面体（称为β 笼），通过六方柱笼与相邻的四个β笼相连形成的三维立体结构，如下图所示： 3 β笼 六方柱笼 1. 完成下列问题： [1] 若将每个β笼看作一个原子，六方柱笼看作原子之间的化学键，上图可以简化成什么结构？在答题纸的指定位置画出这种结构的图形。 [2] 该沸石属于十四种布拉维点阵类型中的哪一种？指出其晶胞O: 16.0） 2. 方石英和上述假设的全硅沸石都由硅氧四面体构成，下图为方石英的晶胞示意图。 Si-O键长为0.162 nm ? AED=109o28’ [1] 求方石英的晶体密度。 [2] 比较沸石和方石英的晶体密度来说明沸石晶体的结构特征。 3. 一般沸石由负电性骨架和骨架外阳离子构成，利用骨架外阳离子的可交换性，沸石可以作为阳离子交换剂或质子酸催化剂使用。下图为沸石的负电性骨架示意图： OOO 请在答题纸的图中画出上图所示负电性骨架结构的电子式（用“?”表示氧原子提供的电子，用“?”表示T原子提供的电子，用“*”表示所带负电荷提 4 供的电子）。 解： 3 五. (2004年全国高中学生化学竞赛决赛4题)日本的白川英树等于1977年首先合成出带有金属光泽的聚乙炔薄膜，发现它具有导电性。这是世界上第一个导电高分子聚合物。研究者为此获得了2000年诺贝尔化学奖。 （1）写出聚乙炔分子的顺式和反式两种构型。再另举一例常见高分子化合物，它也有顺反两种构型（但不具有导电性）。 （2）若把聚乙炔分子看成一维晶体，指出该晶体的结构基元。 （3）简述该聚乙炔塑料的分子结构特点。 5 （4）假设有一种聚乙炔由9个乙炔分子聚合而成，聚乙炔分子中碳—碳平均键长为140pm。若将上述线型聚乙炔分子头尾连接起来，形成一个具有很好对称性的大环轮烯分子，请画出该分子的结构。 π 电子在环上运动的能量可由公式 给出，式中h为普朗克常数(6.626 × 10-34J·s)，me是电子质量（9.109 × 10-31kg），l是大环周边的长度，量子数n=0，士1，士2，?计算电子从基态跃迁到第一激发态需要吸收的光的波长。 （5）如果5个