2023年真題中晶體結(jié)構(gòu)

真題中晶體結(jié)構(gòu)綠寶石Ｂe３Al２［Si６O18]上半個晶胞在(000１）面上的投影圖如圖1所示,整個晶胞的結(jié)構(gòu)按照標(biāo)高５0處的鏡面經(jīng)反映即可得到。根據(jù)圖1回答下列問題:（20分）1.綠寶石的硅氧比為多少?硅氧四周體組成的是什么結(jié)構(gòu)？(４分)2.Be和Aｌ分別與周邊什么標(biāo)高的幾個氧配位?構(gòu)成的配位多面體是什么？它們之間又是如何連接的？(8分)3.用Pａｕliｎg的連接規(guī)則說明標(biāo)高65的氧電價是否平衡？（４分）4.根據(jù)結(jié)構(gòu)說明綠寶石熱膨脹系數(shù)不高、當(dāng)半徑小的Na+存在時,在直流電場下具有顯著離子電導(dǎo)的因素。答:1，O／Si=３組群狀結(jié)構(gòu)2，Bｅ2＋與兩個標(biāo)高為65,2個標(biāo)高為２５的O2-配位,形成[BeＯ4]四周體，Ａl3+與三個標(biāo)高為65,３個標(biāo)高為85的O2-配位，形成[AlO6］八面體，[BeＯ4]四周體和［AｌＯ6]八面體之間公用標(biāo)高為65，８5的2個O２-離子,即共棱連接。３，標(biāo)高為６5的O2-同時與一個Be2+，１個Ａl３＋，1個Ｓi４+相連。靜電強(qiáng)度=＝O2-的電荷數(shù),所以電價飽和。４,綠寶石結(jié)構(gòu)中的六節(jié)環(huán)內(nèi)沒有其他例子存在,使晶體結(jié)構(gòu)中存在大的環(huán)形空腔，當(dāng)有電價低，半徑小的Ｎa+離子存在時,在直流電場中會表現(xiàn)出顯著離子導(dǎo)電，當(dāng)晶體受熱時,質(zhì)點熱振動振幅增大，大的空腔使晶體不會有明顯的膨脹,因而表現(xiàn)出較小的參見滑石、蒙脫石、白云母的結(jié)構(gòu)圖，回答下列問題1.說明為什么這些礦物易在垂直c軸方向解理？(５分）2．為什么滑石粉末有滑膩感而白云母粉末沒有？（５分）3.解釋為什么蒙脫石易吸水,而滑石比較不易吸水？（5分)4.用電價規(guī)則說明Al３+置換骨架中的Sｉ４+時,通常不超過一半，否則將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。答：1，由于在層與層之間沒有較強(qiáng)的化學(xué)鍵來連接，滑石層與層之間依靠較弱的分子間力來結(jié)合，蒙脫石層間由于Al３+可被Mｇ２+取代，使復(fù)網(wǎng)層帶少量負(fù)電荷,白云母K+進(jìn)行層間平衡電荷，但其較硅氧層的結(jié)合力弱的多。2，由于滑石層與層之間只能依靠較弱的分子間力來結(jié)合致使層間易相對滑動,而白云母層與層之間是是K+與硅氧層結(jié)合，雖然比層內(nèi)化學(xué)鍵弱得多，但比分子間結(jié)合力大得多。３,由于蒙脫石結(jié)構(gòu)中由于Al3＋可被Mg2＋取代,但復(fù)網(wǎng)層并不呈電中性，帶有少量的負(fù)電荷,且復(fù)網(wǎng)層之間有斥力，使略帶電中性的水化正離子易進(jìn)入層間,如此同時，水分子也易滲透進(jìn)層間,而滑石復(fù)網(wǎng)層內(nèi)事電中性的。4，當(dāng)有一半取代時：O２-離子的電荷數(shù)為：與O２－電荷數(shù)差值為，若取代超多一半則兩者差必然超過,超過結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。根據(jù)纖鋅礦（六方ZnＳ）結(jié)構(gòu)圖回答下列問題（１2分)：(1）指出結(jié)構(gòu)中正負(fù)離子的堆積方式；（２）寫出正負(fù)離子的配位數(shù)及配位多面體；（3)分別計算立方柱晶胞和平行六面體晶胞的晶胞分子數(shù);(4)纖鋅礦結(jié)構(gòu)為什么具有熱釋電性？答：(1）S２-做六方最緊密堆積,Zｎ2-也做六方最緊密堆積，占四周體空隙的1／2(２)配位數(shù)都為4,[ＳZn4][ＺnS4](3)六方柱晶體中ZnS分子數(shù)為6，平行六面體中分子數(shù)為2.其結(jié)構(gòu)中無對稱中心,加熱使整個晶體溫度變化，結(jié)果在該晶體C軸垂直方向的一端出現(xiàn)正電荷,在相反的一側(cè)出現(xiàn)負(fù)電荷的性質(zhì)。2.簡述硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的基本特點(８分）。答：硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,但不同結(jié)構(gòu)之間具有下面的共同特點:（1)結(jié)構(gòu)中Sｉ４+離子位于Ｏ2-離子形成的四周體中心，構(gòu)成硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)單元［ＳｉO4]四周體。(２)[SｉＯ4]四周體的每個頂點,即O２-離子最多只能為兩個[SｉO4］四周體所共用。(3)兩個相鄰的[ＳiO4]四周體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。（4)[SiO４]四周體中心的Ｓi4離子可部分的被Al3＋所取代,取代后結(jié)構(gòu)自身并不發(fā)生變化，即所謂同晶取代，但晶體的性質(zhì)卻發(fā)生很大的變化。鎂鋁尖晶石MgAl2O4晶體結(jié)構(gòu)中,氧離子作面心立方堆積，結(jié)構(gòu)中A塊和B塊的質(zhì)點配置見圖。1.A塊、B塊重要反映的是哪種離子的配位情況?寫出其配位多面體和配位數(shù);（４分)２.指出結(jié)構(gòu)中氧離子的配位數(shù)和配位多面體，并判斷其電價是否飽和；（4分）3.若尖晶石的晶胞分子數(shù)為8，且A塊、B塊在空間交替出現(xiàn)，請構(gòu)造尖晶石的單位晶胞;(4分)４.計算結(jié)構(gòu)中空隙填充率;5.分析該結(jié)構(gòu)是正尖晶石還是反尖晶石。(４分)

答：Ａ塊重要反映Mｇ2+離子配位［MgＯ４]B塊重要反映Al3+離子配位[ＡlO6]2，CNO2－=4，[OMｇAｌ3]靜電強(qiáng)度=的電價數(shù)。34,Ｍg2＋離子占據(jù)四周體空隙的1／8,Al3+占據(jù)八面體空隙的1／25，正尖晶面１.硅酸鹽晶體滑石的化學(xué)式為Mｇ3［Ｓｉ4Ｏ10］（OＨ）2，判斷其結(jié)構(gòu)類型,用氧化物寫法表征滑石的分子式,分析其結(jié)晶習(xí)性。2.在鈉硅酸鹽玻璃中,分析Na2O對熔體粘度的影響,并說明理由。3.為什么相同組成的固體的表面能總是高于液體的表面能？答：1，層狀結(jié)構(gòu)，3MgO4SiO2H2Ｏ2,Na2O能減少熔體粘度，由于Na+半徑大，電荷少，與O２-的作用力較小,提供了系統(tǒng)中的自由氧,減少了Si/O比,導(dǎo)致本來的硅氧負(fù)離子團(tuán)解聚為較簡樸的結(jié)構(gòu)單元,因而減少了粘滯活化能，粘度變小。3，同一種物質(zhì)，其液體固體表面結(jié)構(gòu)不同,液體分子可以自由移動,總是通過形成球形表面來減少其表面能，固體則不能，固體質(zhì)點不能自由移動,只能通過表面質(zhì)點的極化、變形、重排來減少體統(tǒng)表面能,固體表面處在搞能量狀態(tài)(由于表面力的存在)。鈣鈦礦ＡBO３型結(jié)構(gòu)屬于立方晶系,其中2價正離子位于立方晶胞頂點位置，4價正離子位于立方晶胞體心位置,2價負(fù)離子位于立方晶胞面心位置。(20分）1.畫出鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的晶胞投影圖；2.指出晶胞中各離子的配位數(shù)；3．根據(jù)鮑林規(guī)則計算Ｏ2-離子電價是否平衡；４.BaＴiO３和CaＴｉO3都屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其中ＢaTiＯ3晶體具有鐵電效應(yīng)而CａTｉO3沒有，請從結(jié)構(gòu)方面予以解釋；5.證明形成抱負(fù)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)時,兩種陽離子半徑rA、

rＢ與氧離子半徑rＯ之間滿足下面的關(guān)系式rA+rＯ＝（rB+rＯ）答:1，圖略２,CＮCa２＋=12ＣNO2-=６CＮTｉ4+=63，Ｏ2－的配位多面體為［OCa4Ti2]靜電強(qiáng)度與O2-的電價一致,故電價平衡。4，具有鐵電效應(yīng)的晶體必存在自發(fā)極化，該極化源于晶胞內(nèi)部正負(fù)離子電荷中心不重合，兩者均為鈣鐵礦結(jié)構(gòu)，符合ABO3組成形式,當(dāng)Ａ原子發(fā)生變化，如半徑增大必使晶胞參數(shù)增大，進(jìn)而使八面體空隙增大,Ca2+半徑小，在ＣaTiO３中八面體空隙小于Ti４+半徑,Tｉ4+受到很強(qiáng)的彈性恢復(fù)力而不能固定在某處以產(chǎn)生正負(fù)電荷中心的偏離,故無自發(fā)極化的產(chǎn)生,而BaTｉO3中八面體空隙大于Ti４+半徑,使其受到恢復(fù)力小，同時由于Ｔｉ４+的極化作用與O2－產(chǎn)生電場力，足以使Ｔｉ4+產(chǎn)生偏移形成自發(fā)極化偶極，又BaTiＯ3中[ＴiＯ6]八面體沿C軸呈直線排列,有助于電疇傳遞，故ＢaＴiＯ3有鐵電效應(yīng)。5,假設(shè)晶胞參數(shù)為a。,在晶胞側(cè)面上有:2rA+２ｒｏ=a。在八面體內(nèi)有：2rＢ+２ro=a。于是rA+ro=（Rb+rｏ）白云母的抱負(fù)化學(xué)式為KＡl2[AlＳi3O10](OH)2，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，試分析白云母的結(jié)構(gòu)類型、層的構(gòu)成及結(jié)構(gòu)特點、層內(nèi)電性及層間結(jié)合。答:白云母ＫAl2(AlＳｉ3０1０)(OH)2,結(jié)構(gòu)類型:絡(luò)陰離子團(tuán)為[AlＳi30１0］(Aｌ+Si):O=4:10層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽層的構(gòu)成：有圖（1）可以看出非橋氧依次指向相反的方向,為復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu)。復(fù)網(wǎng)層由兩個硅氧層及中間的水鋁層所組成。在每一層內(nèi)Si4+與Ｏ２-配位CNsi4+＝４,形成[SiＯ4］多面體。Ａｌ3+同時與Ｏ2-和OH－配位，ＣN=６，形成[AlO4（OＨ)2]多面體Al3+占據(jù)八面體空隙的2／3,形成二八面體結(jié)構(gòu)。［AｌＯ4（ＯH）2]多面體共棱相連，與[SiO４]之間共頂相連。層間結(jié)構(gòu)：在層與層之間以K＋相連,K+的配位數(shù)為1２,由于K+電價低，半徑大,電量小，與硅氧層的結(jié)合力較層內(nèi)的化學(xué)鍵弱的多,故白云母易沿層間發(fā)生解理,可剝離成片狀。Na２Ｏ晶體結(jié)構(gòu)屬于螢石型結(jié)構(gòu)。（15分）1.試畫出Nａ2O的晶胞結(jié)構(gòu)圖。2．根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)指出３離子的配位數(shù)。3.該結(jié)構(gòu)存在解理現(xiàn)象嗎？請說明理由。4.Na2O晶體在擴(kuò)散溫度范圍進(jìn)行擴(kuò)散解決時,結(jié)構(gòu)中易出現(xiàn)何種機(jī)制的擴(kuò)散?為什么?５.在Nａ2ＯcaOＳｉO2系統(tǒng)玻璃中,Na２Ｏ對該體系玻璃的電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性有什么影響？如何克制其不利影響?答：反螢石結(jié)構(gòu)圖參看照片版２,Nａ+的配位數(shù)為4O２-配位數(shù)為１23,由于NaＯ晶體結(jié)構(gòu)中一半的立方體空隙沒有有被O2-填充,所以在｛111}面網(wǎng)方向上存在著互相比鄰的同號離子層,其靜電斥力其重要作用,導(dǎo)致晶體在平行余{111}面網(wǎng)方向上易發(fā)生解理,呈八面體解理。圖1是Na2O的抱負(fù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖,試回答：

１.晶胞分子數(shù)是多少；4;

２．結(jié)構(gòu)中何種離子做何種密堆積；何種離子填充何種空隙，所占比例是多少；Ｏ２-離子做面心立方密堆積，Na＋填所有四周體空隙；?3．結(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體；=4CNO2－=8［ＮaO4][OＮa8];

4．計算說明Ｏ2-的電價是否飽和；O2-電價飽和,由于O2-的電價＝(Na＋的電價／Na+的配位數(shù)）×Ｏ2的配位數(shù);

?5．畫出Ｎa２Ｏ結(jié)構(gòu)在(０01）面上的投影圖。

?二.圖２是高嶺石(Aｌ2O3·２SiO2·2Ｈ２O)結(jié)構(gòu)示意圖,試回答:

1．請以結(jié)構(gòu)式寫法寫出高嶺石的化學(xué)式；Ａl4[Si4Ｏ10](OH）8；?２.高嶺石屬于哪種硅酸鹽結(jié)構(gòu)類型;單網(wǎng)層狀結(jié)構(gòu)；

3.分析層的構(gòu)成和層的堆積方向;一層硅氧層一層水鋁石層且沿Ｃ軸方向堆積；

4．分析結(jié)構(gòu)中的作用力;層內(nèi)是共價鍵,層間是氫鍵；

5．根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點推測高嶺石具有什么性質(zhì)。片狀微晶解理。?

根據(jù)ＣａTiＯ3晶胞圖（見圖1)回答下列問題:

2.結(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體;

3.晶胞分子數(shù)是多少？何種離子添何種空隙,空隙運(yùn)用率是多少？?Ti４＋添八面體空隙,八面體空隙運(yùn)用率１/4,四八面體空隙全;4.結(jié)構(gòu)中是否存在TiO32－離子,為什么？否,由于Tｉ4+和O２-間沒有明顯的共價鍵成分?圖２是鎂橄欖石(Ｍg2[SiO4］)結(jié)構(gòu)示意圖,試回答:島狀結(jié)構(gòu)

2.計算說明O2-的電價是否飽和;O2-與一個[ＳiO4]、三個［ＭgＯ6]配位:4/4×１+2/6×3=2＝Ｏ2-的電價，O２-的電價

3．結(jié)構(gòu)中有幾種配位多而體,各配位多面體間的連接方式如何?

結(jié)構(gòu)中有兩種配位多面體[SiO4]、[ＭｇＯ6](2分)；［SiO４]呈孤立的島狀，中間被[MgO６]隔開，ＳiO4]與[MgＯ6]之間共頂或共棱連接，同層的[MgO6]之間共棱、不同層的［MｇO６]之間共頂連接;4．鎂橄欖石是否容易形成玻璃,為什么？

不易,由于鎂橄欖石的Si／O=1/４,最低,網(wǎng)絡(luò)連接限度弱,結(jié)構(gòu)中絡(luò)陰離子團(tuán)尺寸小，遷移阻力小,熔體的粘度低,冷卻過程中結(jié)構(gòu)調(diào)整速率不久。（２分)?

圖1圖2?根據(jù)ＣａTiO３晶胞圖(見圖1）回答下列問題（18）:

１、晶面BＣGF、ＨＡＣ的晶面指數(shù)；晶向DF、ＡH的晶向指數(shù)。（100）(111)[111]［0-11]?2、結(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)為多少，寫出其配位多面體;ＣNTｉ4+=６[ＴiＯ6]CＮCa2＋=12[ＣaO1２]CNO2--=６［ＯTi2Ca4]

３、晶胞分子數(shù)是多少？何種離子添何種空隙,空隙運(yùn)用率是多少?

Z=１(1分）Ti４+

（1分)占據(jù)1/4八面體空隙4、計算說明O2-的電價是否飽和；由于：Z+＝２／1２*4+4/6*2=2=Z-

所以:飽和

5、結(jié)構(gòu)中是否存在TiO3２-離子，為什么？不存在，由于是復(fù)合氧化合物?下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型（6）:?r-Cａ2[Ｓi04],島狀K[AISｉ3Ｏ8],架狀CaMg[Si2O6]，鏈狀Mｇ3[Sｉ4O10](OH)２,層狀Cａ2Aｌ[AlＳiＯ7]，組群狀Ca2Mg5[Si4O1１]鏈狀（ＯＨ）2

?根據(jù)Ｍg2[SiＯ４]在(110)面的投影圖回答（1０分):

?（1)結(jié)構(gòu)中有幾種配位多面體,各配位多面體間的連接方式如何？有兩種配位多面體,[SiO４],[MgO6]，同層的[MｇＯ6］八面體共棱，如５９[MgＯ6]和49[ＭgＯ６]共棱75Ｏ2-和27O2-,不同層的[MｇＯ6]八面體共頂，如１[MgO6]和51［ＭgO６]共頂是22O２－,同層的[MgO6］與［SｉＯ４]共頂，如T［ＭgＯ6］和７[SiO４]共頂2２O2-,不同層的[MgO6]與［SiO4]共棱,T［MｇO６]和４3[SiO4］共２8Ｏ2－和２8O2－；

(2)Ｏ2－的電價是否飽和?

（３)晶胞的分子數(shù)是多少?z=4

(４)Sｉ4+和Ｍg2＋所占的四周體空隙和八面體空隙的分?jǐn)?shù)是多少?Si4+占四周體空隙＝1/8，Ｍg2+占八面體空隙=1／2。黑球:Si4+?小白球：Mｇ2＋?大白球：O2-二、晶體結(jié)構(gòu)－性質(zhì)關(guān)系(20分）1、根據(jù)下圖的螢石結(jié)構(gòu)圖回答下列問題1)指出螢石結(jié)構(gòu)中正負(fù)離子的堆積方式(兩種方式）；Ｃａ2+面心立方堆積，簡樸立方堆積寫出結(jié)構(gòu)中正負(fù)離子的配位數(shù)及其配位多面體；

鈣的配位數(shù)為８,[ＣaF８］立方體;F的配位數(shù)為4,[ＦCa4]四周體Ca2＋離子的配位多面體之間是如何連接的?

[CａF8]立方體之間共棱（共用2個頂點）連接在結(jié)構(gòu)圖中用△和▽標(biāo)示互相平行的同號離子層,分析螢石晶體的解理性。平行（11１）面存在同號離子層，外力作用下沿平行（11１）面方向有解理現(xiàn)象根據(jù)Si/Ｏ比例不同劃分硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)類型。（6分)2、Si/O=1/２，架狀結(jié)構(gòu);Si/O=4／10,層狀結(jié)構(gòu);Sｉ/O＝4/11，雙鏈結(jié)構(gòu);Si/O＝2/6,單鏈結(jié)構(gòu);Sｉ/O=2/７，組群狀（雙四周體)結(jié)構(gòu);Si/Ｏ=2/7,組群狀(雙四周體）結(jié)構(gòu)；Si/O=1/3,組群狀（環(huán)狀）結(jié)構(gòu)；Si／O=1/4,島狀結(jié)構(gòu);(6分)

二、作圖題（１0分）1、

作圖表達(dá)立方晶系的晶體中晶面和晶向（標(biāo)出坐標(biāo)系)。2、作圖表達(dá)NaCl單晶表面的結(jié)構(gòu)，并說明其結(jié)構(gòu)特點。馳豫表面（或雙電層結(jié)構(gòu)）三、右圖是CaF２的抱負(fù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖(白球是Cａ離子，黑球是F離子),試回答(12分）:

1、晶胞分子數(shù)是多少;４２、結(jié)構(gòu)中何種離子做何種密堆積;結(jié)構(gòu)中有幾種空

隙,空隙運(yùn)用率是多少;Ca2+離子做面心立方密堆積(２分)；四周體空隙１00%（1分)、八面體空隙全空結(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)為多少，寫