江苏省级化学竞赛辅导第4讲：晶体结构与性质(赵波).ppt

（1）试分析脲合质子[(NH2)2CO]2H+的结构和成键情况； （2）计算说明一个氟硅酸脲晶胞中包含多少个这样的脲合质子； （3）与氟硅酸相比，氟硅酸脲能有效地保持药效并减小腐蚀性，请解释原因。 答案 （1） 或 2个尿素分子俘获1个质子H+，在尿素分子的2个氧原子间形成 很强的氢键O…H…O。 （2）根据密度计算公式可得： 根据计算结果可知，一个晶胞中包含4个{[(NH2)2CO]2H}2SiF6，即一个晶胞中有8个脲合质子[(NH2)2CO]2H+。 （3）因为在氟硅酸脲晶体每2个尿素分子俘获1个质子H+形成脲合质子[(NH2)2CO]2H+，被俘获的质子与2个尿素分子的O原子间形成很强的氢键O…H…O，这就使得氟硅酸脲缓慢地释放质子，而有效地抑制了下述反应的进行：H2SiF6(l) ? SiF4(g) + 2HF(g)，从而能有效地保持药效并减小腐蚀性。 例题4 丙酮在己烷和三氟甲烷中易溶解，其中 中溶解的热效应较大，因为 。 三氟甲烷 三氟甲烷分子结构中－CF3是一个强吸电子基团，故C原子上的H也几乎成了裸露的质子，这样，三氟甲烷与丙酮形成了氢键，从而导致丙酮在三氟甲烷中溶解时，产生的热效应较大。 例题7 咖啡因对中枢神经有兴奋作用，其结构式如下。常温下，咖啡因在水中的溶解度为2g/100g H2O，加适量水杨酸钠[C6H4(OH)(COONa)]，由于形成氢键而增大咖啡因的溶解度。请在附图上添加水杨酸钠与咖啡因形成的氢键。 专题四、原子坐标 三．原子坐标相关题型 例题5：甲烷水合物（nCH4·46H2O）是一种具有重要经济价值的化合物，在海洋深处蕴藏量非常大，是未来的重要能源之一。它的晶体结构可看作由五角十二面体〔512〕和十四面体〔51262〕共面连接堆积形成。在立方晶胞中，〔512〕的中心处在顶角和体心位置；〔51262〕中心位置坐标为（0，1/4，1/2）、（0，3/4，1/2）、（1/2，0，1/4）、（1/2，0，3/4）、（1/4，1/2，0）、（3/4，1/2，0）共计6个。它们彼此共用六角形面连成柱体，再和五角十二面体共面连接。右图所示出甲烷水合物中水骨架的结构。 甲烷水合物晶胞结构 （1）CH4分子由于体积较小，可包合在这两种多面体中，若全部充满时，确定晶胞的组成（即n值） 。 （2）已知该晶胞参数a＝1180pm，计算1m3甲烷水合物晶体中可释放CH4的体积（标准状况下）。 （3）有的文献中报导开采1m3的甲烷水合物晶体可得到164m3的甲烷气体，请根据③的结果给出合理的解释。 解答 （1）8CH4·46H2O或n＝8 （2）按晶体的理想组成和晶胞参数，可算得晶胞体积V和晶胞中包含CH4的物质的量n（CH4）： V（晶胞）＝a3＝(1180pm)3＝1.64×109pm3＝1.64×10－27m3 n(CH4)＝＝1.33×10－23mol 1m3甲烷水合物晶体中含CH4的物质的量为： n＝×1.33×10－23mol＝8.11×103mol 它相当于标准状态下的甲烷气体体积： V＝8.11×103×22.4m3×10-3＝182m3 （3）文献报导值比实际值小，说明甲烷分子在笼形多面体中并未完全充满，即由于它的晶体中CH4没有达到理想的全充满的结构。（实际上甲烷水合物晶体结构形成时，并不要求〔512〕全部都充满CH4分子，它的实际组成往往介于6CH4·46H2O和8CH4·46H2O之间。） 四．堆积方式相关题型 例题6：研究离子晶体，常考察以一个离子为中心时，其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为d，以钠离子为中心，则： [1]第二层离子有 12 个，离中心离子的距离为 ，它们是 钠 离子。 [2]已知在晶体中Na+离子的半径为116pm，CI-离子的半径为167pm，它们在晶体中是紧密接触的。求离子占据整个晶体空间的百分数。 [3]纳米材料的表面原子占总原于数的比例极大，这是它的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。 [4]假设某氯化钠颗粒形状为立方体，边长为氯化钠晶胞边长的10倍，试估算表面原子占总原子数的百分比。 解答 [1] 12， ，钠离子 [2] V晶胞=[2?(116pm+167pm)]3=181 ?106pm