竞赛讲座晶体课件

abc0,0,01/2,1/2,1/21/2,0,1/21/2,0,0原子坐标原子坐标abc0,0,01/2,1/2,1/21/2,0,1晶胞的选取：晶胞具有平移性，晶胞的组成应附晶胞的选取：晶胞具有平移性，晶胞的组成应附合化学式。合化学式。但离子在晶体中的位置并不是绝对的，例如氯化但离子在晶体中的位置并不是绝对的，例如氯化铯晶体可取氯离子为项角（铯晶体可取氯离子为项角（0，0，0），铯离子为），铯离子为体心（体心（1/2，1/2，1/2）的晶胞，也可取铯离子为顶）的晶胞，也可取铯离子为顶角（角（0，0，0），氯离子为体心（），氯离子为体心（1/2，1/2，1/2）。）。晶胞的选取：晶胞具有平移性，晶胞的组成应附合化学式。2例例(2019全国第全国第6题题)2019年年3月日本筑波材料科学国家实验室月日本筑波材料科学国家实验室一个研究小组发现首例带结晶水的晶体在一个研究小组发现首例带结晶水的晶体在5K下呈现超导性。下呈现超导性。据报道，该晶体的化学式为据报道，该晶体的化学式为Na0.35CoO21.3H2O，具有，具有CoO2H2ONaH2OCoO2H2ONaH2O层层状结构；在以状结构；在以“CoO2”为最简式表示的二维结构中，钴原子和为最简式表示的二维结构中，钴原子和氧原子呈周期性排列，钴原子被氧原子呈周期性排列，钴原子被4个氧原子包围，个氧原子包围，CoO键键等长。等长。1钴原子的平均氧化态为钴原子的平均氧化态为。2以以代表氧原子，以代表氧原子，以代表钴原子，代表钴原子，画出画出CoO2层的结构，用粗线画出两种二层的结构，用粗线画出两种二维晶胞。可资参考的范例是：石墨的二维晶胞。可资参考的范例是：石墨的二维晶胞是右图中用粗线围拢的平行四边形。维晶胞是右图中用粗线围拢的平行四边形。3据据报报道道，该该晶晶体体是是以以Na0.7CoO2为为起起始始物物，先先跟跟溴溴反反应应，然后用水洗涤而得到的。写出起始物和溴的反应方程式。然后用水洗涤而得到的。写出起始物和溴的反应方程式。例(2019全国第6题)2019年3月日本筑波材料科学国家实313.65（1分；不写分；不写“”给给0.5分）分）2晶胞具有平移性晶胞具有平移性,晶胞应符合化学式晶胞应符合化学式为什么不对为什么不对?3Na0.7CoO20.35/2Br2Na0.35CoO20.35NaBr或13.65（1分；不写“”给0.5分）为什么不对4离离 子子 晶晶 体体四、离子晶体结构模型四、离子晶体结构模型1、概述、概述CsCl（氯化铯）配位数（氯化铯）配位数8:8、NaCl（岩盐）配（岩盐）配位数位数6:6、ZnS（闪锌矿）配位数（闪锌矿）配位数4:4、CaF2（萤石）（萤石）配位数配位数8:4和和TiO2（金红石）配位数（金红石）配位数6:3，是最具有，是最具有代表性的离子晶体结构类型，许多离子晶体或与代表性的离子晶体结构类型，许多离子晶体或与它们结构相同，或是它们的变形。它们结构相同，或是它们的变形。离 子 晶 体四、离子晶体结构模型5另一种最具有代表性的离子晶体结构类型是钙钛矿另一种最具有代表性的离子晶体结构类型是钙钛矿CaTiO3，属立方晶系。其中氧离子构成顶角相连的八面体，钛离子处，属立方晶系。其中氧离子构成顶角相连的八面体，钛离子处于八面体体心，而钙离子处在于八面体体心，而钙离子处在8个八面体间的个八面体间的14面体空隙的体心面体空隙的体心位置。晶胞图？位置。晶胞图？另一种最具有代表性的离子晶体结构类型是钙钛矿C6另有一种描述：在钛酸钙晶体结构中，钙离子另有一种描述：在钛酸钙晶体结构中，钙离子半径较大，可认为是（半径较大，可认为是（Ca2+O2-）离子作紧密堆）离子作紧密堆积，积，Ti4+离子占据离子占据1/4的八面体空穴中。的八面体空穴中。1、画出、画出CaTiO3晶胞的离子分布的层次图晶胞的离子分布的层次图2、指出、指出CaTiO3中各离子的配位情况中各离子的配位情况 另有一种描述：在钛酸钙晶体结构中，钙离子半径7一个离子周围异电性离子的个数受离子半径比等一个离子周围异电性离子的个数受离子半径比等因素制约，离子半径越大，周围可容纳的异电性离子因素制约，离子半径越大，周围可容纳的异电性离子就越多。在理论上，只有当正负离子半径比处在一定就越多。在理论上，只有当正负离子半径比处在一定范围内，才能在离子晶体中呈现某种稳定的配位多面范围内，才能在离子晶体中呈现某种稳定的配位多面体。体。离子晶体中的稳定配位多面体的离子晶体中的稳定配位多面体的理论理论半径比半径比配位多面体配位多面体配位数配位数半径比半径比(r+/r)范围范围平面三角形平面三角形30.155-0.225四面体四面体40.225-0.414八面体八面体60.414-0.732立方体立方体80.732-1.000立方八面体立方八面体121.000一个离子周围异电性离子的个数受离子半径比等因素制约，离子8ClMo2+这是一个八面体结构的简单分子或离子，试写出其化学式。ClMo2+这是一个八面体结构的简单分子或离子，9配位多面体配位多面体结构类型结构类型阳离子配位数阳离子配位数配位多面体配位多面体阴离子配位数阴离子配位数配位多面体配位多面体CsCl8CsCl8立方体立方体8ClCs8立方体立方体NaCl6NaCl6八面体八面体6ClNa6八面体八面体ZnS4ZnS4四面体四面体4SZn4四面体四面体CaF28CaF8立方体立方体4FCa4四面体四面体钙钛矿钙钛矿Ca2+12CaO12十四面体十四面体6OTi2Ca4八面体八面体Ti4+6TiO6八面体八面体配位多面体模型对于分析配位多面体模型对于分析离子晶体结构离子晶体结构,特别是分析离子特别是分析离子在晶体中在晶体中穿越多面体的面穿越多面体的面,研究快离子导体具有重要价值研究快离子导体具有重要价值.配位多面体结构类型 阳离子配位数 配位多面体 阴离子配位10多面体的连接方式多面体的连接方式共角共角?共边共边(棱棱)?无隙并置无隙并置?完全地共面完全地共面共棱共棱共角共角如氯化铯晶型如氯化铯晶型多面体的连接方式共角?共边(棱)?无隙并置?完全地共面共棱11空空隙隙离子在晶体微观空间里有尽可能高的空间利用率是离子晶体离子在晶体微观空间里有尽可能高的空间利用率是离子晶体结构重要制约因素之一。为了得到较高的空间利用率结构重要制约因素之一。为了得到较高的空间利用率,防子晶体中防子晶体中的大离的大离(经常是阴离子经常是阴离子)会在空间尽可能紧密地堆积起来，然后，会在空间尽可能紧密地堆积起来，然后，小离子小离子(经常是阳离子经常是阳离子)填入堆积球之间的空隙中去形成的，这种填入堆积球之间的空隙中去形成的，这种具有先后逻辑顺序的晶体结构分析思想被称为堆积具有先后逻辑顺序的晶体结构分析思想被称为堆积填隙模型。填隙模型。简单立方堆积只存在一种空隙简单立方堆积只存在一种空隙立方体空隙（立方体空隙（CN=8）。）。如果所有立方体空隙都被小离子填满（填隙率为如果所有立方体空隙都被小离子填满（填隙率为100%），大），大小离子个数比就为小离子个数比就为1：1。这就是氯化铯结构类型的堆积。这就是氯化铯结构类型的堆积填隙填隙模型。如果填隙率为模型。如果填隙率为50%，阴阳离子的个数比就是，阴阳离子的个数比就是2：1，例如，例如氟化钙晶体结构。氟化钙晶体结构。空 隙 离子在晶体微观空间里有尽可能高的空12面心立方堆积存在两种不同的空隙面心立方堆积存在两种不同的空隙八面体空隙八面体空隙（CN=6）和四面体空隙（）和四面体空隙（CN=4）,堆积球与八面体堆积球与八面体空隙、四面体空隙之比是空隙、四面体空隙之比是1：1：2。面心立方堆积存在两种不同的空隙八面体空隙（CN=6）和四13在在ZnS的面心立方晶胞中的面心立方晶胞中Zn2+堆积形成几个八面体空隙、堆积形成几个八面体空隙、几个四面体空隙？填隙率是多少？几个四面体空隙？填隙率是多少？在ZnS的面心立方晶胞中Zn2+堆积形成几14典型离子晶体结构类型的堆积填隙模型典型离子晶体结构类型的堆积填隙模型结构结构堆积球堆积球堆积堆积堆积产生的堆积产生的填隙填隙填填隙隙填隙率填隙率类型类型方式方式空隙类型空隙类型离子离子多面体多面体%CsClCl-简单立方简单立方立方体立方体Cs+立方体立方体100%莹石莹石F-简单立方简单立方立方体立方体Ca2+立方体立方体50%NaClCl-面心立方面心立方八面体八面体Na+八面体八面体100%四面体四面体无无0闪锌矿闪锌矿S2-面心立方面心立方八面体八面体无无四面体四面体Zn2+四面体四面体50%莹石莹石Ca2+面心立方面心立方四面体四面体F-四面体四面体100%八面体八面体无无钙钛矿钙钛矿Ca2+O2-面心立方面心立方八面体八面体Ti4+八面体八面体25%四面体四面体无无典型离子晶体结构类型的堆积填隙模型结构 堆积球 15例例:2019全国第全国第6题题:最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超最近发现，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。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）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（立方最密堆积（ccp），它们的排列有序，没有相互代换的现），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起构成，隙，一种由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子一起构成，两种八面体的数量比是两种八面体的数量比是13，碳原子只填充在镍原子构成的，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。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，镍原子用大用大球，镁原子用大球）。球，镁原子用大球）。2写出该新型超导材料的化学式。写出该新型超导材料的化学式。例:2019全国第6题:16第第6题（题（6分）分）1（5分）（在（面心）立方最密堆积填隙模型中，八面体空隙与堆积球的比例为11，在如图晶胞中，八面体空隙位于体心位置和所有棱的中心位置，它们的比例是13，体心位置的八面体由镍原子构成，可填入碳原子，而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个镍原子一起构成，不填碳原子。）2MgCNi3（化学式中元素的顺序可不同，但原子数目不能错）。（1分）第6题（6分）17例题：例题：BiF3是属于是属于AB3型二元离子化合物，其中型二元离子化合物，其中Bi3+离的半径离的半径为为120pm，F-的半径为的半径为136pm，它的晶胞结构可看成是，它的晶胞结构可看成是AB2型型晶胞结构再嵌入晶胞结构再嵌入B离子所组成离子所组成AB3型离子晶胞结构。型离子晶胞结构。1、试问这类、试问这类AB2型的晶胞是属哪类离子型晶胞结构？其中一型的晶胞是属哪类离子型晶胞结构？其中一个晶胞有几个分子？个晶胞有几个分子？2、在该晶胞中应嵌入几个、在该晶胞中应嵌入几个F离子，它是嵌入在晶胞的什么位离子，它是嵌入在晶胞的什么位置上？请画出立体图。置上？请画出立体图。3、分别写、分别写Bi3+、F-离距离原点最近的四个原子坐标。离距离原点最近的四个原子坐标。例题：BiF3是属于AB3型二元离子化合物，其中Bi3+离的18竞赛讲座晶体课件19硫化锌晶胞中的硫和锌都换成硫化锌晶胞中的硫和锌都换成C就变成了金刚石就变成了金刚石晶胞晶胞,其晶胞中有几个其晶胞中有几个C?原子晶体原子晶体二、原子晶体二、原子晶体原子晶体是以具有方向性、饱和性的共价键为原子晶体是以具有方向性、饱和性的共价键为骨架形成的晶体。骨架形成的晶体。合成金刚石的新方法。合成金刚石的新方法。20世纪世纪50年代高温高压石墨转化为年代高温高压石墨转化为金刚石金刚石。金刚石的密度大于石墨（高压原因），在金刚石的密度大于石墨（高压原因），在Ni中的熔解度前者小中的熔解度前者小于后者（分离的手段）。于后者（分离的手段）。20世纪世纪80年代微波炉中烃分解为金刚石。年代微波炉中烃分解为金刚石。20世纪世纪2019年中国以年中国以Ni-Co-Mn合金为催化剂，合金为催化剂，CCl4+Na得到金刚石微晶。被认为是以有限物力作出一得到金刚石微晶。被认为是以有限物力作出一流研究成果的范例。这种方法的理念是什么？流研究成果的范例。这种方法的理念是什么？硫化锌晶胞中的硫和锌都换成C就变成了金刚石晶20金金刚刚石石和和石石英英（SiO2）是是最最典典型型的的原原子子晶晶体体，其其中中的的共共价价键键形形成成三三维维骨骨架架网网络络结结构构（后后者者可可以以看看成成是是前前者者的的C-C键键改改为为Si-Si键键而而又又在在其其间间插插入入一一个个氧氧原原子，构成以氧桥连接的子，构成以氧桥连接的硅氧四面体硅氧四面体共价键骨架。共价键骨架。原子晶体原子晶体原子晶体21金属晶体金属晶体为使电子的能级可以尽可能多的重叠，形成为使电子的能级可以尽可能多的重叠，形成“少电子少电子多中心多中心”键，金属在形成晶体时倾向于组成极为紧密键，金属在形成晶体时倾向于组成极为紧密的结构。的结构。六方紧密堆积 IIIB，IVB面心立方紧密堆积 IB，Ni，Pd，Pt立方体心堆积 IA，VB，VIB晶格 金属晶体为使电子的能级可以尽可能多的重叠，形成“少电子多中心22六方紧堆晶格六方紧堆晶格面心立方紧堆晶格面心立方紧堆晶格体心立方晶格体心立方晶格沿体对角线方向的堆积图沿体对角线方向的堆积图ABABABCABC六方紧堆晶格面心立方紧堆晶格体心立方晶格沿体对角线方向的堆积23SiO2和各种含氧酸及其盐和各种含氧酸及其盐硅酸盐不存在单独小分子硅酸盐不存在单独小分子,基本基本结构单元都是硅氧四面体结构单元都是硅氧四面体SiO4（SP3杂化），但在各类盐在，杂化），但在各类盐在，其阴离子的结构有很大差异，其阴离子的结构有很大差异，例如，翡翠例如，翡翠NaAl（Si2O6）中偏硅酸根离子共用两个顶点）中偏硅酸根离子共用两个顶点形成类似纤维的一维链状结构：形成类似纤维的一维链状结构：绿柱石绿柱石Be3Al2（Si6O18）中，其阴离子则是共用两个顶点）中，其阴离子则是共用两个顶点的环状结构，试画出其结构图。的环状结构，试画出其结构图。分子筛是具有分子般大小孔分子筛是具有分子般大小孔径的一类结晶径的一类结晶铝硅酸盐铝硅酸盐。沸石是重要的一类分子筛，其骨沸石是重要的一类分子筛，其骨架是由架是由SiO4和和AlO4四面四面体体组成。组成。SiO2和各种含氧酸及其盐硅酸盐不存在单独小分子,24例例1:C60晶体是一种面心立方晶型，该晶胞中含有晶体是一种面心立方晶型，该晶胞中含有个个C60；如果；如果C60可以看作是可以看作是NaCl晶体转化而来的，即晶体转化而来的，即C60分子占据分子占据NaCl晶体中一类离子的位置，另一类离子晶体中一类离子的位置，另一类离子轮空，这种转空的位置叫轮空，这种转空的位置叫体空隙，该晶胞中有体空隙，该晶胞中有个此类空隙；晶胞每个顶点的个此类空隙；晶胞每个顶点的C60与最近三个面心与最近三个面心C60分子所围成的空隙叫分子所围成的空隙叫体空隙，该晶胞中这种空隙体空隙，该晶胞中这种空隙有有个，（共有空隙个，（共有空隙个）；科学家研究表明，只有个）；科学家研究表明，只有当碱金属元素全部占满当碱金属元素全部占满C60晶体中所有空隙，这种晶体中所有空隙，这种C60掺杂物才具有超导性，若用掺杂物才具有超导性，若用Li填隙，那么掺杂物的化填隙，那么掺杂物的化学式为学式为。例1:C60晶体是一种面心立方晶型，该晶胞中含有 25例例2:下图是一种铜金合金的晶胞，属何种类型？写出合金的化学下图是一种铜金合金的晶胞，属何种类型？写出合金的化学式。晶胞中有几个八面体空穴和四面体空穴？距铜原子最近的金式。晶胞中有几个八面体空穴和四面体空穴？距铜原子最近的金原子有几个？距离是多少？原子有几个？距离是多少？例2:下图是一种铜金合金的晶胞，属何种类型？写出合金的化26例例3：2019省复赛第省复赛第3题题某一离子晶体属于立方晶系某一离子晶体属于立方晶系,晶胞长为晶胞长为m,其其rA近似等于近似等于rx.晶晶胞顶点位置为阳离子胞顶点位置为阳离子B所占所占,体心位置为阳离子体心位置为阳离子A所占所占,所有棱所有棱心位置为阴离子心位置为阴离子x所占所占.(1)写出此晶体的化学组成写出此晶体的化学组成(2)画出画出(110)面上离子排布方式面上离子排布方式,并指出面上何种离子处于什么位并指出面上何种离子处于什么位置置?(3)如果如果B被认为是占据被认为是占据A-X晶格的空隙晶格的空隙,它占据的空隙属于什么它占据的空隙属于什么空隙空隙?(4)B占据空隙形式有几种占据空隙形式有几种?(5)若晶体体心若晶体体心,棱心位置的离子沿体对角线方向投影棱心位置的离子沿体对角线方向投影,请画出二维请画出二维平面晶体的图示平面晶体的图示.(6)若以化学式若以化学式AX3构成密堆积层构成密堆积层,试求出其六方晶格参数试求出其六方晶格参数a和和c.例3：2019省复赛第3题27xyz(110)xyz(111)面与体对角线垂直xyz(110)xyz(111)面与体对角线垂直28例例4：某离子晶体晶胞结构如图所示，：某离子晶体晶胞结构如图所示，x位于立方体的顶点，位于立方体的顶点，y位于立方体的中心，试分析：位于立方体的中心，试分析：（1）晶体中每个）晶体中每个y同时吸引着多少个同时吸引着多少个x？每个？每个x同时吸引着多少同时吸引着多少个个y？该晶体的化学式为该晶体的化学式为？每个每个y y同时吸引着同时吸引着4 4个个x,x,每个每个x x同时吸引着同时吸引着8 8个个y y,晶体的化学式为晶体的化学式为xyxy2 2例4：某离子晶体晶胞结构如图所示，x位于立方体的顶点，y29（2）晶体中在每个）晶体中在每个x周围与它最接近且距离相等的周围与它最接近且距离相等的x共有多少个？共有多少个？每个每个x x周围与它距离最近且相等的周围与它距离最近且相等的x x共有共有1212个个（2）晶体中在每个x周围与它最接近且距离相等的x共有多少个？30（3）该晶体的摩尔质量为）该晶体的摩尔质量为M(gmol-1),晶体密度为晶体密度为(gcm-3),阿佛加阿佛加德罗常数为德罗常数为NA，则晶体中两个距离最近的，则晶体中两个距离最近的x中心间的距离为多少？中心间的距离为多少？1mol1mol该晶体的体积为：该晶体的体积为：V=V=1 1个个xyxy2 2微粒的体积微粒的体积v=v=因为一个晶胞中含有因为一个晶胞中含有1/2个个x和和1个个y，故一个晶胞的体积故一个晶胞的体积=的体积的体积晶胞边长晶胞边长=（3）该晶体的摩尔质量为M(gmol-1),晶体密度为31例例5.2019年全国第年全国第8题：题：LiCl和和KCl同属同属NaCl型晶体，其熔型晶体，其熔点分别为点分别为614和和776。Li+、K+和和Cl-的半径分别为的半径分别为76pm、133pm和和181pm。在电解熔盐。在电解熔盐LiCl以制取金属锂的生产工艺以制取金属锂的生产工艺中，加入适量的中，加入适量的KCl晶体，可使电解槽温度下降至晶体，可使电解槽温度下降至400，从，从而使生产条件得以改善。而使生产条件得以改善。8-1简要说明加入熔点高的简要说明加入熔点高的KCl反而使电解温度大大下降的反而使电解温度大大下降的原因；原因；8-2有人认为，有人认为，LiCl和和KCl可形成固溶体（并画出了可形成固溶体（并画出了“固溶体固溶体的晶胞的晶胞”）。但实验表明，液相）。但实验表明，液相LiCl和和KCl能以任意比例混溶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。在固相中完全不混溶的主要原因。例5.2019年全国第8题：LiCl和KCl同属NaCl型328-3写出计算写出计算LiCl和和KCl两种晶体密度之比的表达式两种晶体密度之比的表达式(须包含须包含离子半径的符号离子半径的符号)；8-4在在KCl晶体中，晶体中，K+离子占据由离子占据由Cl-离子围成的八面体空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。隙，计算相距最近的八面体空隙中心之间的距离。8-5实验证明，即使产生了阳离子空位，实验证明，即使产生了阳离子空位，KCl晶体在室温下晶体在室温下也不导电。请通过计算加以说明。也不导电。请通过计算加以说明。8-3 写出计算LiCl和KCl两种晶体密度之比的表达式(332/32/334例例6.2019全国第全国第11题题:研究离子晶体，常考察以一个离子为中心时，其周围不同距研究离子晶体，常考察以一个离子为中心时，其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。设氯化钠晶体中钠离离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为子跟离它最近的氯离子之间的距离为d，以钠离子为中心，则：，以钠离子为中心，则：111第二层离子有第二层离子有个，离中心离子的距离为个，离中心离子的距离为d，它们是，它们是离子。离子。112已知在晶体中已知在晶体中Na离子的半径为离子的半径为116pm，Cl离子的半径离子的半径为为167pm，它们在晶体中是紧密接触的。求离子占据整个晶体空，它们在晶体中是紧密接触的。求离子占据整个晶体空间的百分数。间的百分数。113纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它的许纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。数的百分比。例6.2019全国第11题:35例例7:已知已知FexO晶体的晶胞结构为晶体的晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，型，由于晶体缺陷，x的值的值小于小于1。测知。测知FexO晶体密度为晶体密度为5.71gcm-3，晶胞边长为，晶胞边长为4.2810-10m（铁原子量为（铁原子量为55.9，氧原子量为，氧原子量为16）。求：）。求：（1）FexO中中x的值（精确至的值（精确至0.01）（2）晶体中的）晶体中的Fe分别为分别为Fe2+和和Fe3+，在，在Fe2+和和Fe3+的总数中，的总数中，Fe2+所占分数为多少？（精确至所占分数为多少？（精确至0.001。）。）（3）写出此晶体的化学式。）写出此晶体的化学式。（4）描述）描述Fe在此晶体中占据空隙的几何形状（即与在此晶体中占据空隙的几何形状（即与O2-距离距离最近且等距离的铁离子围成的空间形状）。最近且等距离的铁离子围成的空间形状）。（5）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为多少？）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为多少？例7:已知FexO晶体的晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷36解解:（1）由）由NaCl晶胞结构可知，晶胞结构可知，1molNaCl晶胞中含有晶胞中含有4molNaCl，故在，故在FexO晶体中晶体中1molFexO晶胞中含有晶胞中含有4molFexO。设设FexO的摩尔质量为的摩尔质量为Mgmol-1，晶胞的体积为，晶胞的体积为V。则有：。则有：4M/N0=V，代入数据解得，代入数据解得M=67.4gmol-1,则则x=0.92。（2）设）设Fe2+为为y个，个，Fe3+则为（则为（0.92-y）个，由正负化合价代）个，由正负化合价代数和为零可得：数和为零可得：2y+3（0.92-y）=2，则，则y=0.76（3）由于）由于Fe2+为为0.76，则，则Fe3+为（为（0.92-0.76）=0.16，故化学，故化学式为式为Fe2+0.76Fe3+0.16。（4）与）与O2-距离最近且等距离的铁离子有距离最近且等距离的铁离子有6个，个，这这6个铁离子个铁离子所围成的几何形状如图所示，由图可知所围成的几何形状如图所示，由图可知Fe在晶体中占据空隙在晶体中占据空隙的几何形状为正八面体。的几何形状为正八面体。（5）晶体中）晶体中FeFe最短距离最短距离r=晶胞边长晶胞边长=3.0310-10m。解:（1）由NaCl晶胞结构可知，1molNaCl晶胞中含有372019年全国第年全国第8题题超硬材料氮化铂是近年来的一个研究热点。它是在高温、超硬材料氮化铂是近年来的一个研究热点。它是在高温、超高压条件下合成的（超高压条件下合成的（50GPa、2000K）。由于相对于铂，氮）。由于相对于铂，氮原子的电子太少，衍射强度太弱，单靠原子的电子太少，衍射强度太弱，单靠X-射线衍射实验难以射线衍射实验难以确定氮化铂晶体中氮原子数和原子坐标，确定氮化铂晶体中氮原子数和原子坐标，2019年以来，先后年以来，先后提出过氮化铂的晶体结构有闪锌矿型、岩盐型（提出过氮化铂的晶体结构有闪锌矿型、岩盐型（NaCl）和萤）和萤石型，石型，2019年年4月月11日又有人认为氮化铂的晶胞如下图所示日又有人认为氮化铂的晶胞如下图所示（图中的白球表示氮原子，为便于观察，该图省略了一些氮（图中的白球表示氮原子，为便于观察，该图省略了一些氮原子）。结构分析证实，氮是四配位的，而铂是六配位的；原子）。结构分析证实，氮是四配位的，而铂是六配位的；PtN键长均为键长均为209.6pm，NN键长均为键长均为142.0pm（对比：（对比：N2分子的键长为分子的键长为110.0pm）。）。2019年全国第8题 38 8-1氮化铂的上述四种立方晶体在结构上有什么共同点？氮化铂的上述四种立方晶体在结构上有什么共同点？8-2分别给出上述四种氮化铂结构的化学式。分别给出上述四种氮化铂结构的化学式。8-3试在图上挑选一个氮原子，不添加原子，用粗线画出所选氮试在图上挑选一个氮原子，不添加原子，用粗线画出所选氮原子的配位多面体。原子的配位多面体。8-4请在本题的附图上添加六个氮原子（添加的氮请尽可能靠前）。请在本题的附图上添加六个氮原子（添加的氮请尽可能靠前）。8-1 氮化铂的上述四种立方晶体在结构上有什么共同点？39例例92019全全国国第第5题题:发发现现硼硼化化镁镁在在39K呈呈超超导导性性，可可能能是是人人类类对对超超导导认认识识的的新新里里程程碑碑。在在硼硼化化镁镁晶晶体体的的理理想想模模型型中中，镁镁原原子子和和硼硼原原子子是是分分层层排排布布的的，像像维维夫夫饼饼干干，一一层层镁镁一一层层硼硼地地相相间间，下下图图是是该该晶晶体体微微观观空空间间中中取取出出的的部部分分原原子子沿沿C轴轴方方向向的的投投影影，白白球球是是镁镁原原子子投投影影，黑黑球球是是硼硼原原子子投投影影，图图中中的的硼硼原原子子和和镁镁原原子投影在同一平面上。子投影在同一平面上。1由图可确定硼化镁的化学式为：由图可确定硼化镁的化学式为：。2画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子（镁原子用大白球，硼顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子（镁原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。原子用小黑球表示）。例92019全国第5题:发现硼化镁在39K呈超导性，可能是40例：例：2019年全国第年全国第11题：磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积，题：磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积，硼原子填入四面体空隙中。画出磷化硼的正当晶胞示意图。硼原子填入四面体空隙中。画出磷化硼的正当晶胞示意图。已知磷化硼的晶胞参数已知磷化硼的晶胞参数a=478pm，计算晶体中硼原子和磷，计算晶体中硼原子和磷原子的核间距（原子的核间距（dB-P）。）。dB-P 或例：2019年全国第11题：磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积41画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影（用实线圆圈画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影（用实线圆圈表示表示P原子的投影，用虚线圆圈表示原子的投影，用虚线圆圈表示B原子的投影）原子的投影）画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影（用实线圆圈表示P原422019全国第全国第3题题X-射线衍射实验表明，某无水射线衍射实验表明，某无水MgCl2晶体属三方晶系，呈层晶体属三方晶系，呈层形结构，氯离子采取立方最密堆积（形结构，氯离子采取立方最密堆积（ccp），镁离子填满同层的），镁离子填满同层的八面体空隙；晶体沿垂直于氯离子密置层的投影图如下。该晶八面体空隙；晶体沿垂直于氯离子密置层的投影图如下。该晶体的六方晶胞的参数：体的六方晶胞的参数：a=363.63pm,c=1766.63pm;p=2.53gcm-3。假定将该晶体中所有八面体空隙皆填满假定将该晶体中所有八面体空隙皆填满Mg2+离子，将是离子，将是哪种晶体结构类型？哪种晶体结构类型？计算一个六方晶胞中计算一个六方晶胞中“MgCl2”的单元数。的单元数。2019全国第3题 假定将该晶体中所有八面体432019全国第全国第8题题由烷基镁热分解制得镁的氢化物。实验测定，该氢化物中氢的由烷基镁热分解制得镁的氢化物。实验测定，该氢化物中氢的质量分数为质量分数为7.6%，氢的密度为，氢的密度为0.101gcm-3，镁和氢的核间距为，镁和氢的核间距为194.8pm。已知氢原子的共价半径为。已知氢原子的共价半径为37pm，Mg2+的离子半径为的离子半径为72pm。8-1写出该氢化物中氢的存在形式，并简述理由。写出该氢化物中氢的存在形式，并简述理由。8-2将上述氢化物与金属镍在一定条件下用球磨机研磨，可制得将上述氢化物与金属镍在一定条件下用球磨机研磨，可制得化学式为化学式为Mg2NiH4的化合物。的化合物。X-射线衍射分析表明，该化合物射线衍射分析表明，该化合物的立方晶胞的面心和顶点均被镍原子占据，所有镁原子的配位的立方晶胞的面心和顶点均被镍原子占据，所有镁原子的配位数都相等。推断镁原子在数都相等。推断镁原子在Mg2NiH4晶胞中的位置晶胞中的位置(写出推理过程写出推理过程)。8-3实验测定，上述实验测定，上述Mg2NiH4晶体的晶胞参数为晶体的晶胞参数为646.5pm，计算，计算该晶体中镁和镍的核间距。已知镁和镍的原子半径分别为该晶体中镁和镍的核间距。已知镁和镍的原子半径分别为159.9pm和和124.6pm。8-4若以材料中氢的密度与液态氢密度之比定义储氢材料的储氢若以材料中氢的密度与液态氢密度之比定义储氢材料的储氢能力，计算能力，计算Mg2NiH4的储氢能力（假定氢可全部放出；液氢的的储氢能力（假定氢可全部放出；液氢的密度为密度为0.0708gcm-3）。）。2019全国第8题44竞赛讲座晶体课件45竞赛讲座晶体课件46