- 晶胞
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固体发光材料是一种能将激发的能量转变为可见光的固体物质。在基质中掺入杂质，含量可达千分之几或百分之几，可调整发光效率、余辉及发光光谱。如在刚玉Al2O3基质中掺入0.05~1.0%的Cr3＋及在Y2O3基质中掺入Eu3＋等均可制成固体发光材料。
⑴推测Al2O3基质中掺入Cr3＋的发光原理。
⑵Y2O3属立方晶系，将Y2O3的立方晶胞分为8个小立方体，Y在小立方体的面心和顶点，O位于小立方体内的四面体空隙，画出这样四个小立方体，指出Y和O的配位数。
正确答案
⑴Al3＋和O2－是满壳层电子结构，能隙大，电子不易激发，故无色；（2分）
掺入的Cr3＋是过渡金属，具有3d电子，在晶体中置换部分Al3＋形成较低的激发态能级，两个强吸收带分别吸收黄绿色及蓝色的光，只有红光透过，因而掺Cr3＋的刚玉呈绚丽的红色，称为红宝石。（3分）
⑵
Y的O的配位数为6，O的Y配位数为4。（1分）
⑴本题考察学生对主族元素、过渡金属离子构型的掌握情况。Al3＋和O2－是是主族元素的阳离子和阴离子，都属于8电子结构，价电子不易被激发，因此为无色。当部分Cr3+置换出Al3+后，由于Cr3+为d3结构，电子易被激发，只能让红光通过（红宝石的颜色），因此能发红光。
⑵由于O位于小立方体的四面体空隙，即O的配位数为4，根据化学式可知，Y的配位数为6（配位数之比与原子数成反比）。根据题意，Y为面心立方最密堆积，因此Y原子与四面体空隙数的比例为1∶2，因此O原子在四面体空隙中的占有率为3/4，根据晶胞的对称性原理，可以把晶胞划分成八个小的立方体，其中共棱的立方体是相同的，共面的立方体不同：一种小立方体中Y位于顶点和面心，O位于六个四面体的空隙；另一个共面的立方体，O也位于六个四面体空隙中，但是未占四面体空隙呈对称关系。其中四个四面体的示意图如下所示：
决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题。
（1）下图是石墨的结构，其晶体中存在的作用力有 （填序号）
Aσ键；Bπ键；C氢键；D配位键；E分子间作用力；F金属键；G离子键
（2）下面关于晶体的说法不正确的是___________
（3）CaF2结构如图Ⅰ所示，Cu形成晶体的结构如Ⅲ所示，Ⅱ为H3BO3晶体结构图(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合) 
图Ⅰ 图Ⅱ 图Ⅲ
① 图I所示的晶体中与Ca2+离子最近且等距离的Ca2+离子数为 ，
图III中未标号的Cu原子形成晶体后周围最紧邻的Cu原子数为 ；
②H3BO3晶体中B原子杂化方式______ ;
③三种晶体中熔点高低的顺序为 (填化学式)，H3BO3晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为
（4） 碳的某种单质的晶胞如图所示，一个晶胞中有_____个碳原子；若该晶体的密度为ρ g/cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中最近的两个碳原子之间的距离为_ ____cm(用代数式表示)
正确答案
（1）A B E（2分）
（2）C (1分)
（3）①12 （2分） 12 （2分）
②sp2（1分）
③CaF2 > Cu >H3BO3（2分）
分子间作用力（1分）
（4）8个 （2分） 
试题分析：（1）石墨属于混合晶体，是层状结构，每一层里是碳原子之间形成的共价键；在其层状结构中碳碳键键角为120°，每个碳原子都结合着3个碳原子，碳原子采取sp2杂化，3个杂化轨道用来形成σ键结合其他碳原子，所有碳原子剩余2p轨道一同形成离域大π键。层与层之间是依靠分子间作用力（即范德华力）相连接的。
（2）同周期金属元素的熔点随原子序数增加，熔点由高到低的顺序是Al>Na>Mg，所以C错。
（3）①由图I可以看出晶体中与F离子最近且等距离的F离子数为
②B原子都含有3个共价单键，所以采用sp2杂化；
③CaF2属于离子晶体，Cu 属于金属晶体，H3BO3属于分子晶体，不同类型晶体熔沸点判断一般来说按照原子晶体>离子晶体>分子晶体；金属晶体（除少数外）>分子晶体，H3BO3属于分子晶体，晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为分子间作用力。
（4）晶胞中碳原子个数按照顶点8个×
假设晶胞的边长为acm 晶胞的体积为a3 cm3, 晶体中最近的两个碳原子之间的距离为a
ρ·a3/8=12/NA.a3=(8×1/2)/ρ·NA.所以a=
化学世界里有许多“另类”的物质。如亚铁盐在空气中通常不稳定，易被氧化，如FeSO4·7H2O。而(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O晶体比FeSO4·7H2O晶体等其它亚铁盐稳定许多，可在分析化学中做基准试剂。常温下FeSO4·7H2O在空气中容易失去结晶水成为FeSO4，而(NH4) 2Fe(SO4)2.·6H2O失去结晶水困难许多。
FeSO4·7H2O的晶胞参数为a=1.407nm，b=0.6503nm，c=1.104nm，α=γ=90.00°，β=105.57°密度为1.898g/cm3，无水FeSO4晶体中最近的Fe—O距离为0.212nm，S—O距离为0.151nm，Fe—S距离为0.475nm，Fe—Fe距离为0.769nm，(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O的晶胞参数为a=0.932nm，b=1.265nm，c=0.624nm，α=γ=90.00°，β=106.80°，密度为1.864g/cm3，最近的Fe—O距离0.209nm，S—O距离为0.149nm，Fe—Fe距离为0.486nm，NH4+—Fe距离为0.483nm，N—S距离为0.361nm
⑴ 计算一个FeSO4·7H2O晶胞和一个(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O晶胞分别所含原子个数
⑵ 晶体自身的结构如空隙大小直接影响化学反应进行的趋势，试通过计算说明
FeSO4·7H2O比(NH4) 2Fe(SO4)2.·6H2O更易被氧化
已知：O的共价半径为0.66nm，在晶体中+2价的Fe半径为0.061nm，—2价的O半径为0.121nm，+6价的S半径为0.029nm，—3价的N半径为0.148nm
⑶ FeSO4·7H2O在潮湿的空气中被氧化的产物为Fe(OH)SO4·3H2O，写出反应的化学方程式
_____________________________________________________________
⑷ 在水溶液中(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O与FeSO4·7H2O稳定性相当，请分析其原因
正确答案
⑴ 经计算得：FeSO4·7H2O 中V=abcsinβ,Z=dVNA/M=4，(1分)，原子个数为108 （1分）
(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O中V=abcsinβ,Z=dVNA/M=2，(1分)，原子个数为 78 （1分）
⑵ O2分子的直径大小为0.66´4="0.264nm " （1分）
要点一：FeSO4.7H2O易失水为FeSO4，FeSO4晶体中
知氧气分子易扩散入Fe,S和Fe,Fe原子之间的空隙发生反应 （2分）
要点二：(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O晶体中有
(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O晶体原子排列更加紧密，与FeSO4相比较，氧气较难以扩散入晶体空隙中 （2分）
⑶ 4FeSO4·7H2O+ O2 ="==" 4Fe(OH)SO4·3H2O + 14H2O （1分）
⑷ 溶解后均以Fe2+离子形式存在，水溶液中Fe2+的还原性大小取决于溶液的酸性，(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O与FeSO4·7H2O水溶液的酸性相差不大，从而其稳定性相差不大。 （1分，意思对即可）
⑴从晶胞参数来看，FeSO4·7H2O晶胞和 (NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O晶胞都为单斜晶系，因此晶胞密度的计算公式都是：
其中，V＝abcsinγ
代入数据，可分别求得各晶胞中的结构单元——z，1 molFeSO4·7H2O中共有27mol原子，1 mol(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O中共有39 mol原子，从而求得各晶胞中的原子数。
⑵根据提示，由于晶体自身的结构如空隙大小直接影响化学反应进行的趋势，因此本题的核心在于计算出Fe2+周围的空隙的大小，如果该空隙的大小允许O2(264pm)通过的话，则该物质被氧化的趋势增强。
⑶该反应不能改写成离子反应方程式，但是在配平的时候，仍然根据氧化还原方程式配平的技巧和方法进行配平，结果如下：
4FeSO4·7H2O+ O2 ="==" 4Fe(OH)SO4·3H2O + 14H2O
⑷从⑵中的计算可知，它们的晶体在氧化还原方面性质存在差别，是因为晶体中空隙的大小存在差别。但是在溶液中，它们都是强电解质，完成电离，生成水合Fe(Ⅱ)，而Fe2+的还原性该离子的浓度，氧化剂的氧化性强弱，以及溶液的酸碱性等，而这些都是外因，与它们的晶体结构没有关系。因此在水溶液中(NH4) 2Fe(SO4)2·6H2O与FeSO4·7H2O稳定性相当。
下表列出了前20号元素中的某些元素性质的有关数据：
试回答下列问题：
根据元素的主要化合价和原子半径可知，①～⑩分别是Cl、K、O、Al、C、P、Na、N、F。
（1）以上10种元素的原子中，失去核外第一个电子所需能量最少的是 （填写编号）。
（2）上述⑤、⑥、⑦三种元素中的某两种元素形成的化合物中，每个原子都满足最外层为8电子稳定结构的物质可能是（写分子式） 。某元素R的原子半径为1.02×10－10m，该元素在周期表中位于 ；若物质Na2R2是一种含有非极性共价键的离子化合物，请你写出该化合物的电子式 。
（3）元素⑤的某种单质具有平面层状结构，同一层中的原子构成许许多多的正六边形，此单质与熔融的②单质相互作用，形成某种青铜色的物质（其中的元素②用“●”表示），原子分布如图所示，该物质的化学式为 。
正确答案
⑴ ② ⑵PCl3或CCl4 第三周期、ⅥA族 
试题分析：
（1）金属性越强，则第一电离能越小，所以10种元素的原子中，失去核外第一个电子所需能量最少的是K，即是②。
（2）上述⑤、⑥、⑦三种元素中的某两种元素形成的化合物中，每个原子都满足最外层为8电子稳定结构的物质可能是PCl3或CCl4。同周期自左向右原子半径逐渐减小，自上而下原子半径逐渐最大，所以某元素R的原子半径为1.02×10－10m，该元素在周期表中位于第三周期、ⅥA族。该化合物的电子式类似于过氧化钠，所以电子式是
（3）根据结构示意图可知，晶胞中K原子的个数是3×1/6＝0.5个，而碳原子的个数是84个，所以该化合物的化学式是KC8。
点评：该题是高考中的常见题型和考点，属于中等难度试题的考查，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生的逻辑推理能力、自学能力和知识的迁移能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力。本题主要是元素“位、构、性”三者关系的综合考查，比较全面考查学生有关元素推断知识和灵活运用知识的能力，考查了学生对物质结构与性质关系以及运用元素周期律解决具体化学问题的能力。
C60以其完美的球形结构受到科学家的高度重视，从此掀起了球形分子的研究热潮。继C60后，科学家又合成了Si60、N60等球形分子。
（1）科学家把C60和钾掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其晶胞如图所示，该物质在低温时是一种超导体．该物质的K原子和C60分子的个数比为
（2）Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键，且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构，则Si60分子中π键的数目为
（3）写试出C60、Si60、N60熔点由高到低的顺序为 ，破坏这三种分子所需要的能量顺序为
正确答案
(1)3:1 (2)30 (3) Si60>N60> C60、 N60>C60>Si60
试题分析：（1）根据晶胞可知，K原子的个数是6×1/2＝3个，而C60分子的个数8×1/8＝1个，所以该物质的K原子和C60分子的个数比为3:1。
（2）根据题意，每个硅形成的这3个键中，必然有1个双键，这样每个硅原子最外层才满足8电子稳定结构。显然，双键数应该是Si原子数的一半，而每个双键有1个π键，显然π键数目为30。
(3) C60、Si60、N60形成的晶体都是分子晶体，熔点高低和相对分子质量大小有关系，所以熔点高到低的顺序为Si60>N60> C60。破坏这三种分子需要破坏共价键，所以所需要的能量顺序为N60>C60>Si60。
点评：该题是高考中的常见题型和考点，属于中等难度试题的考查，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生的逻辑推理能力、自学能力和知识的迁移能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力。
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