赛专热点题辅导:晶体结构与三维化学
山东省利津 县第一中学
新规定的化学竞赛初赛要求:晶体结构。晶胞。原子坐标。晶胞中原子数或分子数的计算及与化学式的关系。分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。配位数。晶体的堆积与填隙模型。常见的晶体结构类型,如NaCl、CsCl、闪锌矿(ZnS)、萤石(CaF2)、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金红石、钙钛矿、钾、镁、铜等。要求初赛学生对晶体的三维空间结构有较为清晰的认识,能根据数学知识及有关化学理论解决晶体中有关问题。需要说明的是在高考新考纲中规定:对原子、分子、化学键等微观结构有一定的三维想像能力。三维化学已成为竞赛和高考的热点内容。
正八面体与正方体
顾名思义,正八面体应该有八个完全相同的面,如右图所示,
成的能实现热电效应的一种晶体的晶胞模型
。图中的大原子是稀土原子,如镧;小原子是
周期系第五主族元素,如锑;中等大小的原
子是周期系VIII 族元素,如铁。按如上结
构图写出这种热电晶体的化学式。给出计算过程。提示:晶胞的6个面的原子数相同。设晶体中锑的氧化态为-1,镧的氧化态为+3,问:铁的平均氧化态多大?
解析:晶胞里有2个La原子(处于晶胞的顶角和体心);有8个Fe原子(处于锑形成的八面体的中心);锑八面体是共顶角相连的,平均每个八面体有6/2=3个锑原子,晶胞中共有8个八面体,8x3=24个锑原子;即:La2Fe8Sb24。答案:化学式 LaFe4Sb12 铁的氧化态 9/4 = 2.25
例2.(2004年全国初赛)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。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(ccp),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1︰3,碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。
(1)画出该新型超导材料的一个晶胞(碳原子用小
(2)写出该新型超导材料的化学式。
解答: