全国初赛结构化学总复习试题讲解u000b—晶体结构.ppt

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1、全国初赛结构化学总复习试题讲解—晶体结构赵波化学奥赛群：416992654奥赛晶体结构的主要内容涉及内容（1）基本概念：晶体的共性、周期性有序排列、晶胞及晶胞类型、晶胞中粒子数的计算、配位数、空隙、并置碓砌、原子坐标；（2）堆积方式：面心立方最密堆积、六方最密堆积、体心立方密堆积、金刚石型堆积和简单立方堆积；（3）晶体种类和性质：金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体。2.注重知识点之间的联系晶系空间点阵型式点群空间群晶胞类型堆积方式：A1,A3,A2,A43.晶体结构内容相互关系图密堆积原理是一个把中学化学的晶体结构内容联系起来的一个桥梁性的理论体系。三历年奥赛晶体结构题

2、型分析题型分类及分析1推断1.1由晶体结构推测分子式1.2已知分子式推测晶体结构2画晶胞2.1由平面层状结构图画出晶胞2.2画出三维晶胞透视图3．与堆积方式有关的计算3.1相关物质原子、分子离子的空间占有率的计算3.2有关晶体类型和堆积方式的判断3.3有关点阵形式的判断和配位数的计算3.4堆积--填隙模型中，有关四面体、八面体、立方体空隙的计算和判断3.5粒子间距离的计算以及晶胞参数的计算3.6原子坐标4．与密度有关的计算5、化学式的确定6、氢键7、物质结构和性质题型分类专题分析专题一、专题一晶胞、结构基元的基本画法及其相关题型结构基元和晶胞是晶体结构的核心概念，是晶体结构学

3、习和竞赛题目最重要的基础，对于这部分内容的深刻理解，是学好晶体结构、灵活解题的关键。如下由简及繁，从一维到三维三个部分分别介绍，其中涉及的题目还包括其它晶体结构的内容。一、一维晶胞例题1解答热电材料又称温差电材料,是一种利用材料本身温差发电和制冷的功能材料，在能源与环境危机加剧和提倡绿色环保主题的21世纪，具有体积小、重量轻、无传动部件和无噪声运行等优点的热电材料引起了材研究学者的广泛重视。近来，美国科学家在国际著名学术期刊《Science》上报道了一种高效低温的热电材料，下图是其沿某一方向的一维晶体结构。第2题图1图2（1）在图中画出它们的结构基元；（2）结构基元的化学式分

4、别是图1，图2。答案（1）注：实线或虚线部分画一个即可。结构基元的化学式分别是图1CdBr3，图2Bi2Te3。碳是元素周期表中最神奇的元素，它不仅是地球上所有生命的基础元素，还以独特的成键方式，形成了丰富多彩的碳家族。碳元素有多种同素异形体：除金刚石和石墨外，1985年克罗托(H.W.Kroto)等人发现了C60，并获1996年诺贝尔化学奖；1991年日本NEC的电镜专家饭岛澄男(IijimaS)首先在高分辨透射电子显微镜下发现了碳纳米管（图1）第3题图1两种碳纳米管结构示意图碳纳米管研究较多的有图1所示的齿式和椅式两种结构。假如我们把它近似地看成是一维晶体（假设管是无限长

5、的），请分别在图1中划出它们的一维结构基元。解答1.二、二维结构基元的构建例题1Graphiteconsistsofstaggeredlayersofhexagonalringsofsp2hybirdizedcarbonatoms.(Softandslippery)石墨答案简单六方晶胞例题2解答长期以来人们一直认为金刚石是最硬的物质，但这种神话现在正在被打破。1990年美国伯克利大学的A.Y.Liu和M.L.Cohen在国际著名期刊上发表论文，在理论上预言了一种自然界并不存在的物质－C3N4，理论计算表明，这种C3N4物质比金刚石的硬度还大，不仅如此，这种物质还可用作蓝紫激

6、光材料，并有可能是一种性能优异的非线性光学材料。这篇论文发表以后，在世界科学领域引起了很大的轰动，并引发了材料界争相合成－C3N4的热潮，虽然大块的－C3N4晶体至今尚未合成出来，但含有－C3N4晶粒的薄膜材料已经制备成功并验证了理论预测的正确性，这比材料本身更具重大意义。其晶体结构见图1和图2。例题3图1－C3N4在a-b平面上的晶体结构图2－C3N4的晶胞结构（1）请分析－C3N4晶体中，C原子和N原子的杂化类型以及它们在晶体中的成键情况；（2）请在图1中画出－C3N4的一个结构基元，并指出该结构基元包括个碳原子和个氮原子；（3）实验测试表明，－C3N4晶

7、体属于六方晶系，晶胞结构见图2（图示原子都包含在晶胞内），晶胞参数a=0.64nm,c=0.24nm,请计算其晶体密度，（4）试简要分析－C3N4比金刚石硬度大的原因（已知金刚石的密度为3.51g.cm-3）。答案1．解：（1）－C3N4晶体中，C原子采取sp3杂化，N原子采取sp2杂化；1个C原子与4个处于四面体顶点的N原子形成共价键，1个N原子与3个C原子在一个近似的平面上以共价键连接。（2）一个结构基元包括6个C和8个N原子。（3）从图2可以看出，一个－C3N4晶胞包括6个C原子和8个N原子