1、例1. 1998年全國(guó)奧運(yùn)會(huì)結(jié)構(gòu)題型分析，例1. 1998年全國(guó)高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽(初賽)，鎢酸金屬釷Na2WO4和金屬鎢在隔絕空氣的條件下加熱得到金屬光澤、濃、有導(dǎo)電性的固體，化學(xué)式NaxWO3， 已知用x射線衍射法測(cè)定該固體的立方晶胞的邊的長(zhǎng)度a3.8010的相對(duì)原子質(zhì)量： W 183.85、Na 22.99、O 16.00、阿伏伽德羅常數(shù)L6.0221023mol-1。 求出該固體組成的x值(2位的有效數(shù)字)，給出修正計(jì)算過(guò)程。 (12分)、解答、dvl 7.36103 kg/m 35.4910-29m 36.0221023 mol-1243 g/mol首先，問(wèn)題是鎢青銅是鎢酸金屬釷用鎢還

2、原物，這是因?yàn)閤必須大于零小于2 首先假定為1并且假定為Z1，那么ZM=M(W)3M(O)M(Na)254.84g/mol ZM與dVL進(jìn)行比較，指示Z1的假定是正確的并且根據(jù)可能的x值不存在乘法因子。 因此，用dVLM(NaxWO3)的關(guān)系式求出x，將x(243183.948.0)/22.990.48、例2 2000年全國(guó)高中生化學(xué)競(jìng)賽(初戰(zhàn))、4 .能夠得到理想的多面體的面稱為晶面。 現(xiàn)在的MgO單晶如圖1所示。 八邊形的晶面有6個(gè)，正三角形的晶面有8個(gè)。 宏觀晶體的晶面對(duì)應(yīng)于微觀晶體單元中的恒定取向的截面。 已知MgO的晶體結(jié)構(gòu)為NaCl型。 其單晶的八角形面向與其晶胞對(duì)應(yīng)的面。 請(qǐng)指出

3、排列在正三角形結(jié)晶面上的原子(用元素符號(hào)表示原子，至少描繪6個(gè)原子，用直線連接這些原子，表示幾何學(xué)的關(guān)系)。 (6分)、解答、回答請(qǐng)參照?qǐng)D4a、4b。 11中國(guó)的南海和世界許多海域一樣，海底有極其豐富的甲烷資源。 其總量超過(guò)了已知埋藏在我國(guó)陸地下的天燃?xì)饪偭康囊话搿?據(jù)報(bào)道，海底儲(chǔ)藏的這些個(gè)甲烷是高壓下形成的固體，是外觀類似冰的甲烷水和物。 11-1想想從海底取出并帶到地面會(huì)怎么樣？ 它的結(jié)晶是分子晶體、離子晶體還是原子結(jié)晶？ 你判斷的根據(jù)是什么？ (2點(diǎn)) 11-2已知該結(jié)晶每1立方分米放出164立方分米的甲烷瓦斯氣體，試著估算結(jié)晶中的水和甲烷的分子比(不足的數(shù)據(jù)用自各兒假設(shè)，假設(shè)合理的話就

4、正確地討論)。 由于該結(jié)晶是分子晶體，所以甲烷分子和水分子是有限數(shù)量的原子通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合在一起的小分子，是水分子和甲烷分子之間的范德瓦爾斯力， 水分子之間在范德瓦爾斯力和氫鍵的1m3水合物中的甲烷164 m3 22.4 m3/kmol=7.32 kmol如果將甲烷水化物固體中的水的密度設(shè)為1 g/cm3，則由于水1m31000 kg/m318 kg/mol=55.56 kmol，因此： ch 44 以上是最簡(jiǎn)單的參考答案，即使密度為1g/cm3也可以含有甲烷，如果答案為CH469 H2O，則可以滿分進(jìn)行修正。 但是，將密度設(shè)定為0.9g/cm3含有甲烷是不合理的(不是漂浮在海面上，而且必須給出

5、解題時(shí)的假設(shè)，不能取得滿分。 例3 2001年全國(guó)高中生化學(xué)競(jìng)賽(省級(jí)賽區(qū))、第5題(5分)在今年3月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K處呈現(xiàn)超導(dǎo)性，也許是人類對(duì)超導(dǎo)認(rèn)識(shí)的新里程碑。 在硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子被分層配置，如餅干那樣，鎂和硼的層交替配置，圖51中，從該晶體的微空間取出的原子的一部分在c軸方向上被心理投射，白球被鎂原子心理投射圖51是硼原子和鎂原子心理投射在同一平面上的圖51的硼化鎂的結(jié)晶構(gòu)造示意圖，由圖51可以確認(rèn)硼化鎂的化學(xué)式如下。在52圖5l的右邊的四角畫出硼化鎂的一個(gè)單位單元的透視圖，表示可能存在于該單位單元的內(nèi)面、棱、頂角的所有硼原子和鎂原子(鎂原子用白球表示，硼原子用黑

6、球表示)。 第11題(10分)研究離子晶體，以一個(gè)絡(luò)離子為中心，仔細(xì)考察其周圍不同距離的絡(luò)離子對(duì)吸引或排斥的靜電作用力。 設(shè)氯化納金屬釷結(jié)晶中的納金屬釷絡(luò)離子和最接近該結(jié)晶的氯元素絡(luò)離子之間的距離為d，設(shè)納金屬釷絡(luò)離子為中心，111第二層絡(luò)離子為個(gè)，并設(shè)離中心離子的距離為d，它們是離子。 已知112晶體中的Na離子的半徑為116pm，Cl離子的半徑為167pm。 求出絡(luò)離子在結(jié)晶空間整體中所占的比例。 113納米材料在表面原子的總原子數(shù)中所占的比例極大，這是由于其許多特殊性質(zhì)的原因，假設(shè)某一氯化納金屬釷納米粉的大小和形狀正好與氯化納金屬釷結(jié)晶單元的大小和形狀相等，并求出該納米粉相對(duì)于表面原子總

7、原子數(shù)的比例。 假定114個(gè)氯化納金屬釷粒子的形狀是立方形，邊的長(zhǎng)度是氯化納金屬釷結(jié)晶單元的邊的長(zhǎng)度的10倍，對(duì)表面原子的總原子數(shù)的百分比進(jìn)行估計(jì)。 解答，1 12，納金屬釷絡(luò)離子2 V單位單元=2(116pm 167pm)3=181 106pm3 V絡(luò)離子=4(4/3)(116pm)34(4/3)。 3 26/27=96% 4 10的10倍單位單元的納米粉的絡(luò)離子總數(shù)：213=9261 9倍單位單元的納米粉的絡(luò)離子總數(shù)：193=6859 10倍單位單元的納米粉的表面絡(luò)離子數(shù)： 6959-9261=2402表面原子數(shù)所占的比例：例4 2002年全國(guó)高中的學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽級(jí)比賽區(qū))、第二題(6分)地

8、殼中某主要元素體生產(chǎn)的多種產(chǎn)品在現(xiàn)代高新技術(shù)中占有重要地位，化學(xué)在現(xiàn)代物質(zhì)文明中發(fā)揮著重要作用是常見的。 例如，1計(jì)算機(jī)芯片的主要成分是2導(dǎo)光纖維的主要成分是： 3目前使用最多的太陽(yáng)能電池片光電轉(zhuǎn)換材料是4吸附劑、干燥劑、催化劑或催化劑載體使用的人工分子篩大多有所謂的51種化合物，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，兼具無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的雙重性能，耐溫， 電絕緣性好，具有阻燃、防水、耐腐蝕等特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，用于密封、粘結(jié)、潤(rùn)滑、涂層、表面活性的此類材料在分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是和。 1硅(或Si或單晶硅) (1分鐘) 2二氧化硅(或SiO2)(1分鐘) 3硅(或Si)(1分鐘) 4硅酸

9、鋁(或硅酸鋁) (1分鐘)注：此SiO鍵具有與硅相連的烴化學(xué)基(2點(diǎn)) 第4題(8點(diǎn))為30oC以下，在硼酸和氫氧化納金屬釷的混合溶液中加入過(guò)氧化氫，析出無(wú)色結(jié)晶x。 通過(guò)組成分析確認(rèn)該晶體的質(zhì)量組成為Na 14.90、B 7.03 %、H 5.24 %。 加熱x得到無(wú)色結(jié)晶y。 y含有Na 23.0%的na，是溫和的氟化劑，常溫下在干燥空氣中穩(wěn)定，但在潮濕溫暖的空氣中釋放氧，廣泛用作洗衣粉、牙膏、機(jī)織物漂白劑和美容產(chǎn)品，也用于有機(jī)合成。 在結(jié)構(gòu)性分析中，x和y的結(jié)晶中有相同的陰絡(luò)離子Z2-，該絡(luò)離子中硼原子的化學(xué)環(huán)境相同，但確認(rèn)了氧原子有兩種結(jié)合方式。 寫出解答，41x，y最簡(jiǎn)單的公式，給出

10、推理過(guò)程。 x的最簡(jiǎn)單的樣式NaBH8O7 Y的最簡(jiǎn)單的樣式NaBH2O4推理過(guò)程： na1b 114.90/23.0=0. 6487.03/10.8=0. 651 h8o7. 24/1.008=5. 2072.83/16.0=4. 55 如果x是NaBH2O43H2O，則y中的Na的質(zhì)量百分率是23/99.8=0.23 (如果x是NaBO34H2O，則y中的Na的質(zhì)量百分率是23/81.8=0.28 )。 42z2絡(luò)離子的立體結(jié)構(gòu)(原子用元素符號(hào)表示，共價(jià)鍵用短線表示)。 第6題(12分鐘) 2003年3月日本筑波材料科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室課題組首次發(fā)現(xiàn)具有結(jié)晶水的結(jié)晶在5K處顯示出超導(dǎo)性。據(jù)報(bào)道，

11、該晶體的化學(xué)式為Na0.35CoO2 1.3H2O，具有- COO2- h2o-na-h2o-COO2- h2o-na-h2o -層狀結(jié)構(gòu)。 在最簡(jiǎn)單表示“CoO2”的二維結(jié)構(gòu)中，鈷原子和氧原子周期性排列，鈷原子被4個(gè)氧原子包圍，Co-O鍵等長(zhǎng)。 61鈷原子的平均氧化態(tài)為3.65。 (不寫1點(diǎn)而是0.5點(diǎn))在62畫出CoO2層的構(gòu)造，用粗線畫出2種二次元單位單元。 可參考的例子是黑金屬鉛的二次元單元為下圖的粗線所包圍的平行四邊形。 解答、(畫一種單位電池6分，畫二種單位電池9分)、第9題(6分)釩是我國(guó)的豐產(chǎn)元素體，蘊(yùn)藏量占全世界的11，位于第4位。 在光纖通信系統(tǒng)，光纖要向距離光源1km的用

12、戶導(dǎo)入信息需要5片釩酸金屬釷結(jié)晶(伊金屬釷為第39號(hào)元素體)。 中國(guó)福州是全球釩酸二金屬釷晶體的主要供應(yīng)地，每年出口數(shù)十萬(wàn)片釩酸二金屬釷晶體，年創(chuàng)匯近千萬(wàn)美元(1999年)。 釩酸氫金屬釷是四方結(jié)晶，求出結(jié)晶單元?dú)垔W計(jì)a=712 pm、c=629 pm、密度d=4.22 g/cm3、含釩25、釩酸氫金屬釷的化學(xué)式及一個(gè)結(jié)晶單元中有多少個(gè)原子。 給予訂正過(guò)程。 解答、釩酸金屬釷的化學(xué)式： YVO4 (1分鐘)的訂正計(jì)算過(guò)程： YVO4的摩爾質(zhì)量是203.8 g/mol。 釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是50.9/203.8=025合題意。 203.8/4.22=48.3 cm3/mol見方的單位電池的體積v=71

13、2262910-30cm3=3.1810-22 cm3 (1分鐘) 48.3/6.021023=8.0210 8.0210-23=3.974 (1點(diǎn))在一個(gè)單位電池中例6 2004年全國(guó)高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽(省級(jí)比賽區(qū))，第2題(4分) 2004年7月德露兩國(guó)化學(xué)家共同完成這個(gè)結(jié)晶，按扣型分類，每個(gè)氮原子的配位數(shù)屬于結(jié)晶。 這種固體的潛在應(yīng)用是由于以下原因。 3原子結(jié)晶烈性炸藥(或高能量材料)的高多氮分解為N2放出大量的能量。 (各1點(diǎn))、第4題(15點(diǎn))在銅的催化作用下，阿摩尼亞與氟發(fā)生反應(yīng)，銨鹽和三角錐體分子a (結(jié)合角102o、偶極矩0.78x10-30 Cm； 對(duì)比：編寫阿摩尼亞結(jié)合角10

14、7.3o，偶極矩4.74x10-30 Cm，4-1分子式及其合成反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)程儀。 4-2 A分子的質(zhì)子化發(fā)射的熱量明顯小于阿摩尼亞分子的質(zhì)子化發(fā)射的熱量。 為什么？ 4-1 NF3 (1分鐘) 4NH3f2=NF3NH4f(1分鐘)4-2 N-F鍵的偶極方向與氮原子孤對(duì)電子的偶極方向相反，分子偶極矩小，因此質(zhì)子化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于阿摩尼亞質(zhì)子化能力。 可以畫畫來(lái)說(shuō)明。 例如，相關(guān)系統(tǒng)1，12008年5月12日，這是整個(gè)中華民族的一天，汶川發(fā)生地震震級(jí)8級(jí)大地震，有會(huì)兒國(guó)家全體人員鼎力相助地震地轄區(qū)抗震救災(zāi)、防疫消毒是震后的重要工作。 三氯異氰脲酸(TCCA )是使用最多的消毒劑，“非典”期間

15、也是“消毒星空衛(wèi)視”。 三氯異氰脲酸是目前國(guó)際上普及的高效、低毒性、廣譜、快速殺菌消毒劑，對(duì)人畜無(wú)害，廣泛應(yīng)用于飲用水、游泳池、食品加工業(yè)及災(zāi)后大面積滅菌防治。 TCCA的分子結(jié)構(gòu)和通過(guò)量子化學(xué)修正計(jì)算得到的電荷分布如圖1所示。 與圖1、圖2、(1)鹵間化合物是不同的鹵原子彼此以共價(jià)鍵結(jié)合的化合物，它們的水解作用產(chǎn)物與其共價(jià)鍵有關(guān)，BrCl可發(fā)生如下反應(yīng)： BrClH2O=HBrOHCl。 由此，對(duì)三氯異氰脲酸水溶液消毒的有效成分的理由進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。 (2)三氯異氰脲酸由異三聚氰酸(圖2 )制備，異三聚氰酸是消毒劑和防火劑的重要合成原料。根據(jù)結(jié)晶構(gòu)造測(cè)試，異三聚氰酸屬于單斜晶體，結(jié)晶單元?dú)垔W計(jì)

16、a=7.749，b=6.736，c=11.912，=130.7，在其結(jié)晶中，異三聚氰酸分子通過(guò)分子間氫鍵形成層狀構(gòu)造(圖3 )，請(qǐng)?jiān)趫D中描繪一個(gè)構(gòu)造要素，包含在構(gòu)造基本體中圖3、(3)異三聚氰酸晶體中的氫鍵對(duì)晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有決定性作用，一些原子坐標(biāo)為o (0. 257，0.014，0.443； 0.243、0.486、0.557 )、n(0.256、0.309、0.350； 0.224、0.191、0.650 )、c(0.254、0.106、0.354； 0.245、0.394、0.646 )時(shí)，判斷在哪兩個(gè)原子間形成氫鍵，并嘗試校正氫鍵長(zhǎng)度。 解答HClO、三氯異氰尿分子中的Cl帶有正電荷，

17、水解作用反應(yīng)與BrCl中的Br相似，生成HClO。 可以根據(jù)(2)、(3)1原子坐標(biāo)判斷在原子(0. 257，0.014，0.443 )和(0. 224，0.191，0.650 )之間形成有氫鍵。 結(jié)合長(zhǎng)度：相關(guān)關(guān)系2，NCl3為分子極性，可在水中水解作用產(chǎn)生HClO，根據(jù)Allen的陰性尺度，n的陰性度為3.07，Cl的陰性度為2.87，它們的水解作用產(chǎn)物與其共有鍵的極性有關(guān)。 因此，對(duì)三氯異氰脲酸水溶液消毒有效的成分是。 已知N2的結(jié)合能為942 kJ/mol，Cl2的結(jié)合能為243 kJ/mol，ncl的結(jié)合能為201 kJ/mol，判斷從此往后NCl3的性質(zhì)，并簡(jiǎn)單敘述理由。 從解答、HClO、易爆炸、結(jié)合能判斷NCl3為高能化合物。 第6問(wèn)(6分)最近發(fā)現(xiàn)，只含有鎂、鎳、碳3種元素體的結(jié)晶也具有超導(dǎo)性。 這些個(gè)三個(gè)元素體都是常見的元素體，因此受到廣泛關(guān)注。 該晶體的結(jié)構(gòu)可以看作鎂原子和鎳原子