竞赛专项练习题之晶体结构

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1、（四）晶体结构一、（2005）（12分）LiCl和KCl同属NaCl型晶体，其熔点分别为614℃和776℃。Li+、K+和Cl-的半径分别为76pm、133pm和181pm。在电解熔盐LiCl以制取金属锂的生产工艺中，加入适量的KCl晶体，可使电解槽温度下降至400℃，从而使生产条件得以改善。1．说明加入熔点高的KCl反而使电解温度大大下降的原因；2．有人认为，LiCl和KCl可形成固溶体（并画出了“固溶体的晶胞”）。但实验表明，液相LiCl和KCl能以任意比例混溶而它们的固相完全不混溶（即不能生成固溶体！）。请解释在固相中完全不混溶的主要原因。3．写出计算LiCl和KCl两种晶体密

2、度之比的表达式(须包含离子半径的符号)；4．在KCl晶体中，K+离子占据由Cl-离子围成的八面体空隙，计算相距最近的八面体空隙中心之间的距离。5．实验证明，即使产生了阳离子空位，KCl晶体在室温下也不导电。请通过计算加以说明。二、（2005）（12分）为纪念1905年爱因斯坦连续发表6篇论文导致物理学大变革100周年，今年被定为国际物理年。本题涉及的“热电效应”机理也是爱因斯坦首先阐释的，即他提出的被后人称为“爱因斯坦振荡器”的独立振荡原子与温度关系的模型。1．左上图是热电效应之一的图解。给出图中所有英文单词（或词组）及物理学符号的意义，并为此图写一篇不超过200字（包括标点符号等）

3、的说明文。2．右上图是化学家合成的能实现热电效应的一种晶体的晶胞模型。图中的大原子是稀土原子，如镧；小原子是周期系第五主族元素，如锑；中等大小的原子是周期系VIII族元素，如铁。按如上结构图写出这种热电晶体的化学式。给出计算过程。提示：晶胞的6个面的原子数相同。设晶体中锑的氧化态为－1，镧的氧化态为+3，问：铁的平均氧化态多大？三、（2005B）（10分）固体发光材料是一种能将激发的能量转变为可见光的固体物质。在基质中掺入杂质，含量可达千分之几或百分之几，可调整发光效率、余辉及发光光谱。如在刚玉Al2O3基质中掺入0.05~1.0%的Cr3＋及在Y2O3基质中掺入Eu3＋等均可制成固

4、体发光材料。1．推测Al2O3基质中掺入Cr3＋的发光原理。2．Y2O3属立方晶系，将Y2O3的立方晶胞分为8个小立方体，Y在小立方体的面心和顶点，O位于小立方体内的四面体空隙，画出这样四个小立方体，指出Y和O的配位数。【答案】1．Al3＋和O2－是满壳层电子结构，能隙大，电子不易激发，故无色；（2分）掺入的Cr3＋是过渡金属，具有3d电子，在晶体中置换部分Al3＋形成较低的激发态能级，两个强吸收带分别吸收黄绿色及蓝色的光，只有红光透过，因而掺Cr3＋的刚玉呈绚丽的红色，称为红宝石。（3分）2．（4分）Y的O的配位数为6，O的Y配位数为4。（1分）四、（2004）（4分）2004年7

5、月德俄两国化学家共同宣布，在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮，这种高聚氮的N－N键的键能为160kJ/mol（N2的键能为942kJ/mol），晶体结构如图所示。在这种晶体中，每个氮原子的配位数为；按键型分类时，属于晶体。这种固体的可能潜在应用是，这是因为：。五、（2004）（6分）最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行（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，一种由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子一

6、起构成，两种八面体的数量比是1︰3，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。1．画出该新型超导材料的一个晶胞（碳原子用小球，镍原子用大○球，镁原子用大球）。2．写出该新型超导材料的化学式。六、（2003）（6分）钒是我国丰产元素，储量占全球11％，居第四位。在光纤通讯系统中，光纤将信息导入离光源1km外的用户就需用5片钒酸钇晶体（钇是第39号元素）。我国福州是全球钒酸钇晶体主要供应地，每年出口几十万片钒酸钇晶体，年创汇近千万美元（1999年）。钒酸钇是四方晶体，晶胞参数a＝712pm，c＝629pm，密度d＝4.22g/cm3，含钒25％，求钒酸钇的化学式以及在一个晶胞中有几个原子。

7、给出计算过程。钒酸钛的化学式：一个晶胞中的原子数：七、（2002）（6分）用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：1．计算机的芯片的主要成分是；2．光导纤维的主要成分是：3．目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是；4．用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为的化合物；5．有一大类化合物，结构独特，兼备无机材料和有机材料双重性能，有耐温、电绝缘性好、难燃、憎水、耐腐蚀……等特