高中化學競賽 晶體結構 10年真題加完整答案

2022-09-28 12:36:04 字數 4321 閱讀 3362

(2000)4.理想的巨集觀單一晶體呈規則的多面體外形。多面體的面叫晶面。今有一枚mgo單晶如附圖1所示。

它有6個八角形晶面和8個正三角形晶面。巨集觀晶體的晶面是與微觀晶胞中一定取向的截面對應的。已知mgo的晶體結構屬nacl型。

它的單晶的八角形面對應於它的晶胞的面。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,並用直線把這些原子連起,以顯示它們的幾何關係)。(6分)

【答案】

所有原子都是mg(3分) 所有原子都是o(3分)

注:畫更多原子者仍應有正確幾何關係;右圖給出了三角形與晶胞的關係,不是答案。

(2000)5.最近發現一種由鈦原子和碳原子構成的氣態團簇分子,如右圖所示,頂角和麵心的原子是鈦原子,稜的中心和體心的原子是碳原子,它的化學式是______。

【答案】ti14c13(2分)說明:凡按晶胞計算原子者得零分。

(2001)第5題(5分)今年3月發現硼化鎂在39k呈超導性,可能是人類對超導認識的新里程碑。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,像維夫餅乾,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,圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上。

5-1 由圖5-1可確定硼化鎂的化學式為:       。

5-2 在圖5-l右邊的方框裡畫出硼化鎂的乙個晶胞的透檢視,標出該晶胞內面、稜、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)。

圖5-1硼化鎂的晶體結構示意圖

第5題(5分)5-1 mgb2 (2分)(注:給出最簡式才得分)

或   a = b ≠ c,c軸向上(3分)

5-2 (注:任何能準確表達出mg︰b=1︰2的晶胞都得滿分,但所取晶胞應滿足晶胞是晶體微觀空間基本平移單位的定義,例如晶胞的頂角應完全相同等。)

(2001)第10題(5分)最近有人用一種稱為「超酸」的化合物h(cb11h6cl6) 和c60反應,使c60獲得乙個質子,得到一種新型離子化合物[hc60]+[cb11h6cl6]-。回答如下問題:

10-1 以上反應看起來很陌生,但反應型別上卻可以跟中學化學課本中的乙個化學反應相比擬,後者是

10-2 上述陰離子[cb11h6cl6]-的結構可以跟圖10-1的硼二十面體相比擬,也是乙個閉合的奈米籠,而且,[cb11h6cl6]-離子有如下結構特徵:它有一根軸穿過籠心,依據這根軸旋轉360°/5的度數,不能察覺是否旋轉過。請在圖10-1右邊的圖上新增原子(用元素符號表示)和**(表示化學鍵)畫出上述陰離子。

圖10-1

第10題(5分)nh3+hcl = nh4cl (2分) (注:答其他非質子轉移的任何「化合反應」得1分)。(3分)

(注:硼上氫氯互換如參考圖形仍按正確論,但上下的c、b分別連線h和cl,不允許互換。)

(2001)第11題(10分)研究離子晶體,常考察以乙個離子為中心時,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:

11-1 第二層離子有個,離中心離子的距離為   d,它們是離子。

11-2 已知在晶體中na+離子的半徑為116pm,cl-離子的半徑為167pm,它們在晶體中是緊密接觸的。求離子佔據整個晶體空間的百分數。

11-3 奈米材料的表面原子佔總原子數的比例極大,這是它的許多特殊性質的原因,假設某氯化鈉奈米顆粒的大小和形狀恰等於氯化鈉晶胞的大小和形狀,求這種奈米顆粒的表面原子佔總原子數的百分比。

11-4 假設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,試估算表面原子佔總原子數的百分比。

第11題(10分)12, ,鈉 (各1分,總3分)

11-2 晶胞體積v=[2×(116pm+167pm)]3=181×106pm3

離子體積 v=4x (4/3)π(116pm)3+4x (4/3)π(167pm)3=104×106 pm3

v/v=57.5% (1分)(有效數字錯誤扣1分,v和v的計算結果可取4位,其中最後1位為保留數字,不扣分。)

11-3表面原子為8(頂角)+6(麵心) +12(稜中心)=26

總原子數為 8(頂角)+6(麵心)+12(稜中心)+1(體心)=27

表面原子佔總原子數 26/27×100%=96 %(1分)

注:26和27均為整數值,比值26/27是迴圈小數0.962, 取多少位小數需根據實際應用而定, 本題未明確應用場合,無論應試者給出多少位數字都應按正確結果論。

11-4 計算分兩個步驟:

步驟一:計算表面原子數。可用n=2、3的晶胞聚合體建立模型,得出計算公式,用以計算n=10。例如,計算公式為:

[8]+[(n-1)×12]+[n×12]+[(n-1)2×6]+[n2x6]+[(n-1)×n×2×6]

頂角稜上稜交點稜上稜心面上稜交點面上面心面上稜心

n=10,表面原子總數為24022分)

步驟二:計算晶胞聚合體總原子數:

n3×8+[8] ×7/8+[(n-1)×12]×3/4+[n×12]×3/4+[(n-1)2×6]/2+[n2×6]/2+[(n-1)×n×2×6]/2

=8000+7 +81+90+243 +300+540=9261  (2分)

表面原子佔總原子數的百分數: (2402/9261)×100%=26% (1分) (總5分)

(注:本題計算較複雜,若應試者用其他方法估算得出的數值在26% 左右2個百分點以內可得3分,3個百分點以內可得2分,其估算公式可不同於標準答案,但其運算應無誤。本題要求作估算,故標準答案僅取整數,取更多位數不扣分。

)(2003)第6題(12分)2023年3月日本筑波材料科學國家實驗室乙個研究小組發現首例帶結晶水的晶體在5k下呈現超導性。據報道,該晶體的化學式為 na0.35coo2 1.

3h2o,具有……-coo2-h2o-na-h2o-coo2-h2o-na-h2o-……層狀結構;在以「coo2」為最簡式表示的二維結構中,鈷原子和氧原子呈週期性排列,鈷原子被4個氧原子包圍,co-o鍵等長。

6-1 鈷原子的平均氧化態為 + 3.65 。(1分;不寫「+」給0.5分)

6-2 以代表氧原子, 以代表鈷原子,畫出coo2層的結構,用粗線畫出兩種二維晶胞。可資參考的範例是:石墨的二維晶胞是下圖中用粗線圍攏的平行四邊形。

、或或畫出1種晶胞給6分,畫出2種晶胞給9分)

畫成不符合化學式者如:,

不是同一形狀平行四邊形的最小體積者以及不符合平移特徵的圖形均不得分。

6-3 據報道,該晶體是以na0.7coo2為起始物,先跟溴反應,然後用水洗滌而得到的。寫出起始物和溴的反應方程式。

na0.7coo2 + 0.35/2 br2 = na0.35coo2 + 0.35 nabr (2分; 未配平不給分。)

(2003)第9題(6分) 釩是我國豐產元素,儲量佔全球11%,居第四位。在光纖通訊系統中,光纖將資訊匯入離光源1km外的使用者就需用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**地,每年出口幾十萬片釩酸釔晶體,年創匯近千萬美元(2023年)。

釩酸釔是四方晶體,晶胞引數 a = 712 pm, c = 629 pm,密度d = 4.22 g/cm3,含釩25%,求釩酸釔的化學式以及在乙個晶胞中有幾個原子。給出計算過程。

釩酸釔的化學式: yvo4 (1分)

計算過程: yvo4的摩爾質量為203.8 g/mol; 釩的質量分數為50.9/203.8=025 合題意。

203.8/4.22 = 48.3 cm3/mol 四方晶胞的體積v= 7122x629x10-30cm3=3.18x10-22cm3 (1分)

48.3/6.02x1023= 8.02x10-23cm3 (1分)

3.18x10-22/8.02x10-23 = 3.97 ≈ 4 (1分)

乙個晶胞中的原子數:4x6=24 (2分) (類似過程或步驟合併,得分相同)

(2004)(4分)2023年7月德俄兩國化學家共同宣布,在高壓下氮氣會發生聚合得到高聚氮,這種高聚氮的n-n鍵的鍵能為160kj/mol(n2的鍵能為942kj/mol),晶體結構如圖所示。在這種晶體中,每個氮原子的配位數為 ;按鍵型分類時,屬於晶體。這種固體的可能潛在應用是 ,這是因為

3 原子炸藥(或高能材料) 高聚氮分解成n2釋放大量能量(各1分)

(2005)第2題(12分)為紀念2023年愛因斯坦連續發表6篇**導致物理學大變革100周年,今年被定為國際物理年。本題涉及的「熱電效應」機理也是愛因斯坦首先闡釋的,即他提出的被後人稱為「愛因斯坦振盪器」的獨立振盪原子與溫度關係的模型。

2-1 左上圖是熱電效應之一的**。給出圖中所有英文單詞(或片語)及物理學符號的意義,並為此圖寫一篇不超過(包括標點符號等)的說明文。

input—— 輸入 hot—— 熱(端) cold—— 冷(端) heat flow—— 熱流

i —— 電流強度 n —— n型半導體 p ——p型半導體 i+—— 正電流 (各0.25分)

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