28 марта. 1. Полоний имеет примитивную кубическую упаковку. Радиус атома полония составляет 176 пм. Рассчитайте плотность и три кратчайших межатомных расстояния в кристалле палладия. 2
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
Кристаллохимия Уровень 1    №1. Полоний имеет примитивную кубическую упаковку. Радиус атома полония составляет 176 пм. Рассчитайте плотность и три кратчайших межатомных расстояния в кристалле палладия. №2. Объём элементарной ячейки металлического кобальта, кристаллизующегося в структурном типе меди (ГЦК), равен 40.00 Å3. Рассчитайте плотность кобальта, радиус атома, параметр ячейки, три кртачайших расстояния металл-металл в кристалле. №3. Кратчайшее расстояние металл-металл в барии равно 4.12 Å, а плотность металла составляет 4.23 г/см3. Определите металл и 2 следующих кратчайших расстояния металл-металл. №4. Для ПК, ОЦК, ГЦК упаковок определите коэффициент заполнения пространства (в % от объёма).  №5. Параметр решетки ионного соединения Х, структура которого показана на рисунке, равен 5.912 Å. Для рентгено-структурного анализа был получен кристалл, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда с размерами 0.10 мм × 2.0 мм × 3.5 мм, массой 2.68 мг.1. Определите Z, объём ячейки Vяч (в см3) и отношение числа атомов в структуре Х. 2. Рассчитайте, сколько атомов каждого из элементов содержится в полученном монокристалле. 3. Определите формулу вещества, если известно, что при помещении в раствор соляной кислоты данное вещество выделяет газ, более чем в 2 раза тяжелее воздуха. 4. Сравните радиусы нейтральных атомов, входящих в состав Х, и радиусы ионов, входящих в состав Х. Объясните. 5. Приведите примеры веществ, изоструктурных Х. №6. Железо в промышленности получают восстановлением его оксидов коксом. Таким образом получают сталь, чугун и другие фазы, содержащие небольшие количества углерода в кристаллической решетке железа. О  дна из модификаций твердого раствора углерода в железе – аустенит, – стабильна только при содержании углерода меньше 1,75 % (по массе). Содержание углерода снижают пропусканием кислорода над расплавом аустенита.Напишите уравнения реакций взаимодействия любого из оксидов железа с углем, а также уравнение реакции, объясняющее снижение содержания углерода. Определите соотношение количества железа и углерода в аустените с максимальным содержанием углерода. На Рис. 1 изображена элементарная ячейка железа, на которой белыми кругами изображены позиции, которые может занимать углерод в аустените. Атомы железа в решетке аустенита принадлежат одновременно нескольким ячейкам, поскольку располагаются в вершинах и на гранях. Например, атом, расположенный на грани, принадлежит сразу двум соседним ячейкам, поэтому данной ячейке принадлежит только половина этого атома. Определите число атомов железа в элементарной ячейке. Каково массовое содержание углерода в образце аустенита, если в среднем на шесть элементарных ячеек приходится 1 атом С? №7. Раствор углерода в гранецентрированной кубической ячейке железа имеет плотность 8.105 г/см3 и ребро элементарной ячейки 3.583 Å. 1. Какого типа этот раствор – внедрения или замещения? 2. Рассчитайте массовую долю углерода в растворе. Запишите формулу твердого раствора. №8. Определите формулу оксида титана, элементарная ячейка которого приведена на рисунке. Соотнесите атомы титана и кислорода с цветами на рисунке. Определите КЧ обоих элементов в структуре.  №9. Сплавлением стехиометрических количеств простых веществ X и Y можно получить соединение Z. Х имеет кубическую элементарную ячейку, а Y и Z – гексагональную (то есть элементарная ячейка – параллелепипед с параллелограммом в основании, причем угол между сторонами параллелограмма равен 120°). Информация о строении твердых веществ и их плотности представлена ниже (стехиометрия реакции на схеме не указана!).  Помимо элементарных ячеек для Y и Z приведен вид на ячейку снизу. 1. Как называется элементарная ячейка Х? Нарисуйте ее вид снизу. 2. Рассчитайте атомный радиус Х. 3. При увеличении давления Х превращается в иную кубическую полиморфную модификацию, при этом плотность упаковки увеличивается. Назовите тип кубической решетки, который имеет Х при большом давлении и нарисуйте вид такой элементарной ячейки снизу. 4. Сколько атомов Х, Y в элементарной ячейке Х, Y и Z? 5. Определите формулы зашифрованных веществ. Площадь параллелограмма с углом a при основании равна S = absina. 6. Рассчитайте плотность Z. Дайте веществу Z название. 7. Определите КЧ катиона и аниона Z. №10. В веществе Х анион имеет координационное число 6, а катион – координационное число 2. Объём ячейки равен 0.1055 нм3, а плотность – 1.31 г/см3, Z = 1. Определте формулу данного вещества и запишите уравнение реакции его растворения в воде. №11. В структуре оксида А катионы занимают окстаэдрические пустоты,а массовая доля кислорода составляет 47%. Определите формулу оксида и КЧ атомов кислорода в оксиде. №12. При высоком давлении оксид Б, встречающийся в земной коре, имеет структуру, в которой КЧ одного из элементов равно 6, а другого – 3. Плотность одной из модификаций этого оксида составляет 2.175 г/см3, а параметр кубической ячейки данной модификации 716 пм. Известно, что 1 элементарная ячейка оксида содержит 8 атомов одного из элементов. Определите формулу оксида. Как изменяется радиус атома каждого элемента при превращении «обычных» можификаций Б в структуру с координационными числами 6 и 3? №  13. На рисунке 4 представлена кристаллическая решетка бинарного вещества А.1. Определите общую формулу соединения (вида ХаYb). При прокаливании в токе кислорода вещество А теряет 12.5 % массы, а в токе фтора масса увеличивается на 21.9 %. 2. Определите формулу вещества А и напишите две реакции с кислородом и фтором. №14. Силаны – неустойчивые соединения кремния с водородом. В настоящее время получены и изучены в чистом виде либо в виде смесей силаны, содержащие до восьми атомов кремния и удовлетворяющие одной из двух общих формул: SinH2n+2 (не содержащие циклов) или SinH2n (циклические). А воспламеняется на воздухе с образованием воды и диоксида кремния в массовом соотношении 3 : 8. Плотность паров Б по водороду равна 90. В содержит связей Si−H в три раза больше, чем Si−Si. 1. Определите формулы силанов А, Б, В и нарисуйте их структурные формулы.  Силаны можно получить гидролизом силицидов в соляной кислоте. Например, гидролиз силицида MxSiy дает преимущественно силан Г. 2. Определите соотношение x : y в формуле силицида. 3. Плотность силицида равна 1.988 г/см3, а параметр ячейки – 6.35 Å. Определите металл М и напишите уравнение реакции гидролиза MxSiy. 4. Рассчитайте кратчайшие расстояния металл-металл, кремний-металл и кремний-кремний в этом соединении. №15. Хлорид Х имеет структурный тип CsCl и плотность 7010 кг/м3. Радиусы катиона и хлорид-иона в составе Х составляют 1.59 Å и 1.74 Å, соответственно. 1. Рассчитайте параметр ячейки Х. 2. Определите Х. 3. Запишите уравнение реакции Х с хлором. №16. Бинарные соединения А и Б одинакового качественного и количественного состава (изомеры), содержащие только атомы главных подгрупп периодической системы, образуются при высоком давлении и температуре из бинарного черного вещества В и простого вещества Г (реакция 1). А – очень неустойчивое вещество, легко взрывающееся при нормальных условиях, поэтому его химические свойства плохо изучены, а Б – устойчиво при хранении в течение нескольких недель. Б частично растворяется в 1 М растворе NaOH (реакция 2), причем при пропускании в полученный раствор углекислого газа выделяется белый осадок (реакция 3). Б даёт белый осадок и бурый газ при растворении в концентрированной азотной кислоте (реакция 4), а также выделяет газ и образует светлый осадок при взаимодействии с горячей концентрированной соляной кислотой (реакция 5). Структура А – гексагональная (а =b = 3.89 Å, с = 5.91 Å, = 60°), в ней атомы элемента Х имеют координационное число 3 (контактируют с 3 атомами Y), а атомы элемента Y располагаются в октаэдрах из атомов Х. Структура Б иная – в ней равное количество катионов и анионов образуют тетрагональную решетку с параметрами а = b = 6.10 Å и с = 7.48 Å, число формульных единиц Z = 4. Экспериментально определенная плотность Б составляет 5.51 г/см3 – данное значение оказывается значительно меньше, чем ожидаемое из кристаллографических параметров. 1. Определите элементы Х, Y. Формулы А и Б запишите, указав степени окисления элементов. 2. Запишите уравнения реакций 1 – 5. 3. Как называется тип изомеров, аналогичных А и Б? 4. Сколько формульных единиц вещества А содержит его элементарная ячейка? Бинарное вещество Ж имеет схожую с А и Б стехиометрию, но заметно отличается по строению. В структуре Ж содержится сразу два типа анионов. Первый тип анионов связан с 3 атомами металла, а каждый атом второго типа анионов связан с 2 атомами металла. За счет этого Ж имеет слоистую структуру, в которой каждый слой имеет толщину 3.07 Å, а расстояние между слоями составляет 1.70 Å. На каждый атом металла в слое приходится площадь 0.173 нм2. Плотность твердого Ж равна 7.385 г/см3. Вещество Ж неустойчиво при нагревании даже в инертной атмосфере: потеря массы при разложении при нагревании до 350°С составляет ≈11%, а при нагревании в токе фтора ≈28%. 5. Определите формулу вещества Ж. Ответ аргументируйте расчетом. 6. Какие анионы и в каком соотношении содержатся в Ж, если металл в Ж имеет устойчивую степень окисления? 7. Какое координационное число имеет металл в Ж? Ответ объясните. 8. Запишите уравнения реакций термического разложения Ж и взаимодействия Ж с F2.  №17 (Всеказах). Один из распространенных структурных типов бинарных веществ атомного состава 1:1 – структурный тип NaCl. На рисунке ниже представлена элементарная ячейка1 данного структурного типа. Помните, что традиционно атомы изображают на некотором расстоянии друг от друга, хотя в действительности кристалл упаковывается так, что каждый атом касается нескольких соседних (число шаров, которых касается данный шар, называется его координационным числом). 1. Ячейку обычно описывают параметром ячейки (в данном случае – ребро куба, а), и числом формульных единиц вещества в одной ячейке (Z). Определите, сколько формульных единиц NaCl содержится в одной элементарной ячейке, каково координационное число ионов натрия и хлора, и покажите, как связан параметр ячейки а с радиусами катиона (r+) и аниона (r−). 2. Рассчитайте параметр ячейки NaCl, если плотность кристаллического NaCl равна 2.165 г/см3. 3. Радиус бромид-иона равен 1.82 Å. Рассчитайте радиус хлорид-иона и иона натрия, если плотность бромида натрия равна 3.226 г/см3. Много совершенно непохожих друг на друга веществ часто имеют один тип кристаллической решетки. Так, например, вещества А и Б, не имеющие друг с другом общих элементов, кристаллизуются в структурном типе галита, но имеют другой параметр ячейки. В таблице ниже представлены параметры ячейки и плотность вещества А. Его можно получить нагреванием простого вещества – металла в атмосфере метана. Вещество А можно получить также взаимодействием с углем бинарного вещества В, кристаллизующегося в структурном типе флюорита (фторида кальция). Побочным продуктом при этом является только газ легче воздуха.
4. Рассчитайте молярную массу вещества А и определите его формулу. 5. Определите формулу вещества В и запишите уравнения двух реакций синтеза А. Вещество Б имеет красивый золотой блеск и используется как материал для покрытия режущих поверхностей. Один из вариантов получения пленки Б на поверхности – окисление поверхности металла, входящего в состав Б, газом, являющимся одним из основных компонентов воздуха. Известно, что при окислении поверхности металла толщиной 3.00 мкм образуется слой Б толщиной 3.24 мкм, причем площадь поверхности при окислении можно считать не изменяющейся. Известно, что элементарная ячейка металла, входящий в состав Б, имеет объём 35.29 Å3 и Z = 2, а сам Б имеет плотность 5.38 г/см3. 6. Определите параметр ячейки Б, молярную массу Б и его формулу. 1 Элементарная ячейка – фрагмент пространства, параллельным переносом которого по трем направлениям получается кристаллическая решетка вещества. |