海南大学：《无机化学》课程教学资源（作业习题）第十章 固体结构（含解答）

第十章固体结构 1、根据离子半径比推测下列物质的晶体各属于何种类型。 (①)KBr:(②)Cs:3)Nal:(④)BO:(⑤)MgO 解：根据表1.6，我们可以判断上述物质属于何种品系，具体如下： 0紧-05，K的品件于NC型 0骨8器-0，Cd1的品体属于Ca显： @二4：的品体强于数 0斜测二-02：B0的晶体于2S型 回答-二-06·0的福体于型. 2、利用Borm-Haber循环计算NaC的晶格能。 解：由下图分析可知，U=△uH。+I,+E(CI-C)+A-△H(NaCLs) Na(s)Ch()C. NaCl(s) ee-c) Nag)CI(g） A Na'(g)+Cl(g) U=AH++E(Cl-CI)+4-A.H2(NaCLs) =0732+4958+2x243+3490-人41153Jm =787kJ-mol- .NaC1的品格能为787kJmo'。 3、试通过Borm-Haber循环计算MgCl,的晶格能，并用KanyCTHHCKH硝公式计算晶格能， 再确定两者符合程度如何（己知镁的11为1457kJmo)。 解：由下图分析可知，U=△H。+1+h+ECI-C)+2A-△，H（MgCl2,s)

第十章 固体结构 1、根据离子半径比推测下列物质的晶体各属于何种类型。 ⑴ KBr； ⑵ CsI； ⑶ NaI； ⑷ BeO； ⑸ MgO 解：根据表 1.6，我们可以判断上述物质属于何种晶系，具体如下： ⑴ ( ) ( ) 0.678 196 133 Br r K = = − + pm pm r ，KBr 的晶体属于 NaCl 型； ⑵ ( ) ( ) 0.782 216 169 I r Cs = = − + pm pm r ，CsI 的晶体属于 CsCl 型； ⑶ ( ) ( ) 0.44 216 95 I r Na = = − + pm pm r ，NaI 的晶体属于 NaCl 型； ⑷ ( ) ( ) 0.22 140 31 O r Be 2 2 = = − + pm pm r ，BeO 的晶体属于 ZnS 型； ⑸ ( ) ( ) 0.46 140 65 O r Mg 2 2 = = − + pm pm r ，MgO 的晶体属于 NaCl 型。 2、利用 Born-Haber 循环计算 NaCl 的晶格能。 解：由下图分析可知， (Cl Cl) (NaCl,s) 2 1 Δsub m 1 f m  U = H + I + E − + A−  H (Cl Cl) (NaCl,s) 2 1 Δsub m 1 f m  U = H + I + E − + A−  H ( ) ( ) 1 1 787 kJ mol 243 349.0 411.153 ] kJ mol 2 1 [107.32 495.8 − − =  = + +  + − − −  ∴ NaCl 的晶格能为 787 kJ∙mol-1。 3、试通过 Born-Haber 循环计算 MgCl2 的晶格能，并用 KaПyCTИHCKИЙ 公式计算晶格能， 再确定两者符合程度如何（已知镁的 I1 为 1457 kJ·mol-1）。 解：由下图分析可知， (Cl Cl) 2 (MgCl ,s) 2 1 Δsub m 1 2 f m 2  U = H + I + I + E − + A−  H

Me(C,()(CL MgCI(s) △H8 E(CI-C) Mg(g)2CI(g) Mg"(g)+2CT(g) U+E(Cl-CI)+24-AH(MgCl:.s) =[107.70+737.7+1457+243+2×(←349.0）-（←641.32kJ.mol- =2528 kJ.mol- =1202×10x0+2k1x21.345） ,65+1815+18h-ml =2521kJ.mol 用两种方法计算的结果基本相符。 4、写出下列各种离子的电子分布式，并指出它们各属于何种电子构型？ Fe":Ag': Ca2*: Li':S2:Pb2*:Pb#: B 解：根据离子的电子分布式，可出上述离子的电子构型，如下表所示： 离子 电子分布式 离子电子构型 Fe 1s22s22p3s23p3d 9-17 Ag" 1s22s22p3s23p3d4s24p4d0 Ca 1s22s22p3s23p6 2 1s22s22p3s23p 8 Pb2 [Xe]4f45d6 18+2 Pb+ [Xe]4f145dl0 18 [Xe]4f45d6s 18+2 5、已知下列两类晶体的熔点：

(Cl Cl) 2 (MgCl ,s) 2 1 Δsub m 1 2 f m 2  U = H + I + I + E − + A −  H ( ) ( ) 1 1 2528 kJ mol [107.70 737.7 1457 243 2 349.0 641.32 ] kJ mol − − =  = + + + +  − − −  ( ) -1 - - 5 1 2 kJ mol r r 34.5 1- r r z z U 1.202 10          + +  =   + + ( ) -1 5 -1 2521kJ mol kJ mol 65 181 34.5 1- 65 181 1 2 1 2 1.202 10 =         + + +   =   用两种方法计算的结果基本相符。 4、写出下列各种离子的电子分布式，并指出它们各属于何种电子构型？ Fe3+； Ag+； Ca2+ ； Li+； S 2-； Pb2+ ； Pb4+ ； Bi3+ 解：根据离子的电子分布式，可出上述离子的电子构型，如下表所示： 离子 电子分布式 离子电子构型 Fe3+ 1s22s22p63s23p63d5 9~17 Ag+ 1s22s22p63s23p63d104s24p64d10 18 Ca2+ 1s22s22p63s23p6 8 Li+ 1s2 2 S 2- 1s22s22p63s23p6 8 Pb2+ [Xe]4f145d106s2 18+2 Pb4+ [Xe]4f145d10 18 Bi3+ [Xe]4f145d106s2 18+2 5、已知下列两类晶体的熔点：

物质SiF4 SiCla SiBr4 熔点C -90.2 -70 5.4 120.5 为什么钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高，而且熔点递变趋势相反？ 解：因为钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体，所以钠的卤化物的熔点比相应硅 的卤化物的熔点高。离子晶体的熔点主要取决于晶格能，NaF、NaCl、NaBr、Nal随着阴离 子半径逐渐增大，晶格能逐渐减小，所以熔点逐渐降低。分子晶体的熔点主要取决于分子间 力，随着SF4、SiC4、SB4、Sl:相对分子质量逐渐增大、分了间力逐渐增大，所以熔点遂 渐增高。 6、指出下列各物质为固态时分子间作用力的类型。 ()P4:(2)H0:(3)NO:(4)C26:(⑤)HS 解：（山P,(4CH6为非极性分子，它们的固态中分子间的作用力只有色散作用。(2）出0 是极性分子，其中0的电负性大，半径小，所以，在冰中H0分子之间除了有色散作用、 诱导作用和取向作用外，还能形成氢键。(3)N0和（⑤HS为极性分子，它们的固态中分子 间的作用力有色散作用、诱导作用和取向作用。 7、在晶体密堆积结构中，每个粒子的配位数是多少？六方密堆积与面心立方密堆积的主要 区别在哪里？ 解：在晶体密堆积结构包括有六方密堆积与面心立方密堆积两种密堆积形式，在这两种密堆 积的结构中，每个粒子的配位数均为12。六方密堆积中，密堆积层呈ABAB方式排列，面 心立方密堆积中，密堆积层呈ABCABC方式排列。 8、离下半径r(Cu)<(Ag,所以Cu的极化力大于Ag,为何Cus的溶解度却大于AgS? 解：Cu和Ag均为18电子构型，尽管Cu的极化力比Ag大些，但由于Ag的变形性比Cu 大，使Ag2S的附加极化作用增强，健的共价程度增大、溶解度减小 9、试采用能带理论对金属导体、半导体和绝缘体的导电性能进行解释说明。 解：金属是导体，它的导带只是部分被电子占有.电子获得能量后可在导带中作定向运动， 形成电流，所以金属能够导电。绝缘体不能导电，是由于满带全满，导带全空，禁带又太宽， 电子不能从满带越过禁带而进入导带，因此绝缘体不能导电。半导体的特点是禁带不宽，满 带中的少数电子获得能量后，可越过禁带进入导带起导电作用：同时满带中留下少数空穴

物质 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 熔点/℃ -90.2 -70 5.4 120.5 为什么钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高，而且熔点递变趋势相反？ 解：因为钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体，所以钠的卤化物的熔点比相应硅 的卤化物的熔点高。离子晶体的熔点主要取决于晶格能，NaF、NaCl、NaBr、NaI 随着阴离 子半径逐渐增大，晶格能逐渐减小，所以熔点逐渐降低。分子晶体的熔点主要取决于分子间 力，随着 SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4 相对分子质量逐渐增大、分了间力逐渐增大，所以熔点逐 渐增高。 6、指出下列各物质为固态时分子间作用力的类型。 (1) P4； (2) H2O； (3) NO； (4) C2H6； (5) H2S 解：(1) P4，(4) C2H6 为非极性分子，它们的固态中分子间的作用力只有色散作用。(2) H2O 是极性分子，其中 O 的电负性大，半径小，所以，在冰中 H2O 分子之间除了有色散作用、 诱导作用和取向作用外，还能形成氢键。(3) NO 和(5) H2S 为极性分子，它们的固态中分子 间的作用力有色散作用、诱导作用和取向作用。 7、在晶体密堆积结构中，每个粒子的配位数是多少？六方密堆积与面心立方密堆积的主要 区别在哪里？ 解：在晶体密堆积结构包括有六方密堆积与面心立方密堆积两种密堆积形式，在这两种密堆 积的结构中，每个粒子的配位数均为 12。六方密堆积中，密堆积层呈 ABAB 方式排列，面 心立方密堆积中，密堆积层呈 ABCABC 方式排列。 8、离下半径 r(Cu+ )＜r(Ag+ )，所以 Cu+的极化力大于 Ag+，为何 Cu2S 的溶解度却大于 Ag2S？ 解：Cu+和 Ag+均为 18 电子构型，尽管 Cu+的极化力比 Ag+大些，但由于 Ag+的变形性比 Cu+ 大，使 Ag2S 的附加极化作用增强，键的共价程度增大、溶解度减小。 9、试采用能带理论对金属导体、半导体和绝缘体的导电性能进行解释说明。 解：金属是导体，它的导带只是部分被电子占有．电子获得能量后可在导带中作定向运动， 形成电流，所以金属能够导电。绝缘体不能导电，是由于满带全满，导带全空，禁带又太宽， 电子不能从满带越过禁带而进入导带，因此绝缘体不能导电。半导体的特点是禁带不宽，满 带中的少数电子获得能量后，可越过禁带进入导带起导电作用；同时满带中留下少数空穴

在满带中，空穴也在移动，其方向与电子移动相反，半导体的导电是导带中的电子导电与满 带中的空穴导电同时起作用。当温度升高时，满带中有更多的电子被激发进入导带，导带中 的电子数目与满带中形成的空穴的数目相应增加，增强了导电性，其结果足以抵消由于温度 升高原子振动加剧所引起的对导电性的削弱而有余。因此，温度升高，半导体导电性增强， 这与导体的导电性受温度影响情况不同。 10、实际晶体内部结构上的点缺陷有几种类型？晶体内部结构上的缺陷对品体的物理、化学 件质有无影响？ 解：有空穴缺陷、置换缺陷、间充缺陷三种。晶体内部结构上的缺陷影响品体的光、电、磁、 声、力、热学等方面的物理性质和化学活性。 1、键的极性也可用键矩表示，与分子偶极矩相似，键矩也表达为正、负电中心间距离的乘 积，矢量的方向，由正指向负。试用键矩证明：CC健虽为极性键，但CCL4分子的偶极短 为零。 解：CC,分子的空间构型如下图所示。四个实线箭头分别表示四个C-C健的健矩矢量，它 们的长度相同。以(C-C)表示健矩，则向下的三个矢量之和（如虚线箭头所示）为： 3C-CI)cos(x-0F3mC-CI)co180°-10928)=3u(C-C)x0.3333=uC-C) 与向上的矢量大小相等，方向相反。所以四个以C-C)的矢量和为零，即正、负电荷中 心是重合的，CC,分子的偶极短为零 CC的构型

在满带中，空穴也在移动，其方向与电子移动相反，半导体的导电是导带中的电子导电与满 带中的空穴导电同时起作用。当温度升高时，满带中有更多的电子被激发进入导带，导带中 的电子数目与满带中形成的空穴的数目相应增加，增强了导电性，其结果足以抵消由于温度 升高原子振动加剧所引起的对导电性的削弱而有余。因此，温度升高，半导体导电性增强， 这与导体的导电性受温度影响情况不同。 10、实际晶体内部结构上的点缺陷有几种类型?晶体内部结构上的缺陷对晶体的物理、化学 件质有无影响？ 解：有空穴缺陷、置换缺陷、间充缺陷三种。晶体内部结构上的缺陷影响晶体的光、电、磁、 声、力、热学等方面的物理性质和化学活性。 11、键的极性也可用键矩表示，与分子偶极矩相似，键矩也表达为正、负电中心间距离的乘 积，矢量的方向，由正指向负。试用键矩证明：C-Cl 键虽为极性键，但 CCl4 分子的偶极短 为零。 解：CCl4 分子的空间构型如下图所示。四个实线箭头分别表示四个 C-Cl 键的键矩矢量，它 们的长度相同。以 μ(C-Cl)表示键矩，则向下的三个矢量之和（如虚线箭头所示）为： 3μ(C-Cl)cos(π-θ)=3μ(C-Cl)cos(180°-109°28')=3μ(C-Cl)×0.3333=μ(C-Cl) 与向上的矢量大小相等，方向相反。所以四个 μ(C-Cl)的矢量和为零，即正、负电荷中 心是重合的，CCl4 分子的偶极短为零。 Cl π-θ Cl Cl Cl c CCl4的构型