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化学竞赛晶体结构模拟题



晶体结构化学
命题人:XXX full mark:60 time:60min

第一题(7 分).六方硫化锌,又名纤锌矿,是闪锌矿的一个同质多象变体,将 闪锌矿加热后快速冷却就可变成纤锌矿。 1-1.其结构是 S 原子按 hcp 排列,Zn 占据其中一半的四面体空隙形成。试给出 S 与 Zn 原子的坐标。 1-2.与之相似,NiAs 的结构是 As 原子按 hcp 排列,Ni 占据全部八面体空隙。试 给出 As 与 Ni 原子的坐标。 1-3.若以 Ni 为晶胞原点,请画出 NiAs 的一个晶胞。 第二题(7 分).氧化亚铁,是铁的氧化物之一。其外观呈黑色粉末,化学式为 FeO,由氧化态为 II 价的铁与氧共价结合。它的矿物形式为方铁矿。氧化亚铁经 常容易与铁锈混淆,但铁锈的主要成分为水合氧化铁。 2-1.FeO 可以在隔绝空气条件下加热草酸亚铁制得,给出化学方程式。 氧化亚铁属于非整比化合物,其中铁和氧元素的比例会发生变化,范围从 Fe0.84O 到 Fe0.95O。 2-2.试推测出现非整比化合物的原因,并给出其价态化学式。 2-3.已知 FeO 晶体为 NaCl 型,且含有 Fe4O10,即 Koch 原子簇,为满足电中性要 求,每当形成一个 Koch 原子簇,就会形成六个 Fe2+空缺,试给出其结构示意图。 第三题(10 分).尖晶石是镁铝氧化物组成的矿物,因为含有镁、铁、锌、锰等 等元素,它们可分为很多种,如铝尖晶石、铁尖晶石、锌尖晶石、锰尖晶石、铬 尖晶石等。由于含有不同的元素,不同的尖晶石可以有不同的颜色,如镁尖晶石 在红、蓝、绿、褐或无色之间;锌尖晶石则为暗绿色;铁尖晶石为黑色等。尖晶 石呈坚硬的玻璃状八面体或颗粒和块体。它们出现在火成岩、花岗伟晶岩和变质 石灰岩中。 有些透明且颜色漂亮的尖晶石可作为宝石, 有些作为含铁的磁性材料。 2+ 3+ 3-1.给出尖晶石中 Mg 与 Al 的配位数 3-2.已知其密度为 3.57g/cm3,晶胞是 a=8.09 埃米的立方体,求单位晶胞中个 原子的式量数。 3-3.尖晶石化学组成可表示为 AB2O4,氧原子紧密堆积构成四面体空隙和八面体 空隙。当金属原子 A 占据四面体空隙时,称为正常尖晶石;占据八面体空隙时, 则称为反式尖晶石。试从配位场稳定化能计算结果说明 NiAL2O4 是何种尖晶石结 构。 3-4.试用晶体场理论判断四氧化三铁是何种尖晶石结构并解释原因。 第四题(7 分). 4-1.金属 Ni 属于面心立方结构,当晶胞中的一个 Ni 原子被 Al 原子取代,即得 Ni3Al 晶体。若取代后的结构仍属于立方晶系,试问在晶格常数没有显著变化的 情况下,Al 原子在晶体中是如何分布的。 4-2.试证明,点阵固有对称中心,而不是所有晶体都有对称中心。 4-3.什么叫晶体的定向?写出正四面体,正八面体符号。

第五题(12 分).某一离子晶体经 X 射线分析鉴定属于立方晶系, 晶胞参数 a=4.00 埃米,顶点位置为镁离子所占据,体心位置为钾离子所占,所有棱心位置为氟离 子所占。 5-1.写出诸离子的分数坐标。 5-2.写出此晶体的化学组成。 5-3.指出晶体的点阵形式。 5-4.指出镁离子和钾离子的氟配位数。 5-5.已知镁离子,钾离子和氟离子的半径分别为 0.65、1.33、1.36?,说明两种 正离子的配位数是否合理。 5-6.指出钾离子和氟离子联合组成哪种形式的堆积。 5-7.试说明氟离子的配位情况。 5-8.检验此晶体是否符合电价规则,判断此晶体是否存在分立的络离子基团。 第六题(17 分).铜的化合物常常可以作为催化剂用于有机合成。下面图示的晶 胞是著名的阿德金斯催化剂, 其制备方法是由硝酸铜和重铬酸铵在氨水中加热反 应生成铬酸铜铵, 后者热解时发生氨和六价铬的氧化还原反应,生成阿德金斯催 化剂。

1-1 给出阿德金斯催化剂的化学式。 1-2 写出制备阿德金斯催化剂的化学反应方程式。 1-3 阿德金斯催化剂的晶体结构是 ________ 型结构,可以看作________ 作 堆积, 填入________ (填百分数) 的__________空隙, 填 入________的__________空隙。 1-4 写出铬离子和铜离子的分数坐标。



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