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化学竞赛晶体结构综合例题

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个八面体空隙。

(6)K3C60晶胞中含有4个结构基元,因此有12个K+,其中,8个

K+处于8个四面体空隙中,还有4个K+处于4个八面体空隙中。

(7)①C60:d=cm3 ②K3C60:d=cm3 K3C60的晶体密度比C60

增大了cm3

十九(a).水在不同的温度和压力条件下可11种不同结构的晶体,密度从比水轻的·cm-3为水的一倍半的 g·cm-3。冰是人们迄今已知的种简单分子堆积出结构花样最多的化合物。其中-Ⅶ中,每个氧有8个最近邻,其中与4个以氢

合,O-H…O距离为295pm,另外4个没有氢键结合,距离相同。

(1)画出冰-Ⅶ的晶胞结构示意图(氧用○表示,氢用o表示),标明共价键(—)和氢键(----)。

(2)计算冰-Ⅶ晶体的密度。

解:(1)氧原子坐标:(0,0,0)、(1/2,1/2,1/2)

(2)ρ=cm3(冰–Ⅶ是密度最大的一种,密度与的差异在于晶体

理想化处理的必然:由键长计算金刚石和石墨的密度都有这样的微小误差)。

十九(b).冰为六方晶系晶体,晶胞参数为a=, c=; 晶胞中O原子的分数坐标为(0,0,0), (0,0,, (2/3,1/3,1/2), (2/3,1/3,;

(1)

画出冰晶体的空间格子示意图;其点阵型式是什么?结构基元是

形成到约由一在冰键结

什么? (2)

计算冰的密度;计算氢键O-H....O的键长。

(3) 画出冰的晶胞示意图

解:(1) 六方简单格子;结构基元为4H2O; 空间格子示意图为 其中: a=b, ?=?=90o, ?=120o (2) 密度D=ZM/NAV

V=2Sin60o*=*108pm3=*10-22CM3 D=4*(2*+*1023mol-1**10-22CM3-3

(3) 坐标为(0,0,0)与(0,0,的两个O原子间的距离即为氢键的长度r r=*=

(4)

二十. (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。

(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

× 10-34J·s),me是电子质量( × 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个或7个乙炔分子也头尾连接起来,分别形成大环轮烯分子,请画出它们的结构。

(6)如果3个乙炔分子聚合,可得到什么常见物质。并比较与由5、7、9个乙炔分子聚合而成的大环轮烯分子在结构上有什么共同之处。

(7)预测由3、5、7、9个乙炔分子聚合而成的化合物是否都具有芳香性?作出必要的说明。

解:

(1)

CCCCCCCCCCCCCC(顺式) (反式)

CC(顺式)天然橡胶 (反式)杜仲胶

(2)-CH=CH-CH=CH-

(3)聚乙炔的结构单元是CH,每个碳原子轨道都是sp2杂化,形成了三个共平面的,夹角约120°的杂化轨道,这些轨道与相邻的碳氢原子轨道键合构成了平面型的结构框架。其余未成键的PZ轨道与这一分子平面垂直,它们互相重叠,形成长程的π电子共轭体。

(4)

(5)

(6)苯,都有3个顺式双键(苯看作单双键) (7)[6]轮烯(苯)、[14]轮烯、[18]轮烯都具有芳香性;[10]轮烯不具有芳香性。[10]轮烯虽然π电子也满足4n+2,但环内的2个氢原子的相对位置破坏了环的平面性。

二十一. ReO3具有立方结构,Re原子处于晶胞顶角,O原子处于晶胞每条棱上两个

Re原子的正中央。

1. 阳离子和阴离子的配位数?

2. 如果一个阳离子被嵌入ReO3结构的中心,则得到什么类型的晶体结构?化学式是什么?

3. 画出此类型晶体晶胞示意图;

4. 描述三种离子的配位情况。

解:1. Re: . = 6; O: . = 2;

2. 钙钛矿型 ; ABO3;

3. 如下图;Ca、Ti和O原子分别处在它的顶角、体心和面心的位置

上。

4. Ca2+ 12个 O2―围绕 12面体

Ti4+ 6个 O2―围绕 八面体

O2― 2个Ti4+和4个Ca2+围绕 八面体.

二十二. (中国化学会第20届全国高中学生化学竞赛试题第8 题(9分)) 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(50GPa、2000K)。由于相对于铂,氮原子的电子太少,衍射强度太弱,单靠X-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,2004年以来,先后提出过氮化铂的晶体结构有闪锌矿型、岩盐型(NaCl)和萤石型,2006年4月11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,该图省略了一些氮原子)。结构分析证实,氮是四配位的,而铂是六配位的;Pt—N键长均为,N—N键长均为 pm(对比:N2分子的键长为)。

备用图 1 氮化铂的上述四种立方晶体在结构上有什么共同点? 2 分别给出上述四种氮化铂结构的化学式。

3 试在图上挑选一个氮原子,不添加原子,用粗线画出所选氮原子的配位

化学竞赛晶体结构综合例题

个八面体空隙。(6)K3C60晶胞中含有4个结构基元,因此有12个K+,其中,8个K+处于8个四面体空隙中,还有4个K+处于4个八面体空隙中。(7)①C60:d=cm3②K3C60:d=cm3K3C60的晶体密度比C60增大了cm3十九(a).水在不同的温度和压力条件下可11种不同结构的晶体,密度从比水轻
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