高中化学竞赛对晶体结构部分试题一般有以下要求:以分子晶体和金属晶体及以晶胞为基础的计算(配位数、晶体的堆积与填隙模型等)，其中常见的晶体结构类型包括NaCl和闪锌矿(ZnS)及金刚石、钙钛矿等.

例1氨晶体中，氨分子中每个H原子都参与到氢键形成的过程中，回答下列问题.

(1)N原子邻接氢原子的数量为____.

(2)1摩尔固态氨中包含有几摩尔氢键？

(3)氨晶体熔化的时候，固态氨是下沉还是漂浮在液氨的液面上？

分析氢键是氢原子和电负性比较大的原子X以共价键结合时，还能和另外一个具有孤电子对的原子Y之间构成比较弱的键，属于由氢原子参与成键的具有特殊特点的化学键.这一知识点在人教版选修3第三章第二节“分子晶体和原子晶体”中有提到，其中进行了冰晶体的阐述，但是在解答问题时需要防止概念的混淆.

(1)氨晶体中包含有3个N—H 共价键，这3个共价键主要是N原子在不等性的sp3杂化轨道和氢原子的1s轨道重叠之后会相互影响，除此之外，氨分子作为强极性分子存在着正负电荷不重叠的特点，使得带有部分电荷的氮原子与包含着正电荷的氢原子之间会相互影响，其中存在3个氢键，因此，与N原子邻接的氢原子为6个.

(2)需要明确1摩尔固态氨中包含1摩尔氮原子，因此可以得出1摩尔固态氨中包含3摩尔氢键.

(3)氮原子中有3个孤电子对，其最多能够形成3个氢键，氢键的存在会使得分子缔合之后密度增加，因此氨晶体熔化时会出现固态氨下沉的趋势.

这一题目主要是考查氢键的本质特征，主要目标是培养学生知识类比迁移能力，在解题时，类推思维是获得新知和解决新问题的重要方式，在知识层面上，氨晶体的结构属于中学化学对基础化学教学内容的适当补充，正符合化学竞赛开展的目标.

例2在超高压(300 GPa)下，金属钠和氦之间可形成化合物，在这一结构中，钠离子主要是按照简单立方排列的，并且形成Na8立方体空隙，电子对和氦原子交替分布填充在立方体的中心.

(1)写出晶胞中的钠离子数.

(2)写出体现该化合物结构特点的化学式.

(3)若将氦原子放在晶胞顶点写出所有电子对(2e-)在晶胞中所处的位置.

(4)晶胞边长a=395 pm.计算此结构中Na-He的间距d和晶体的密度.

分析(1)钠离子主要是根据简单立方的形式堆积，会产生立方体空隙，每4个简单立方和4个间隙之间形成晶胞.在应用均摊计算法时，晶胞中钠离子数为8.

(2)电子对(2e-)和氦原子交替分布对立方体填充时，Na+、He、(2e-)个数比为2∶1∶1，因此，化学式可表示为

(3)需要先假定晶胞边长为1个单位长度，也就能够得出He与(2e-)间距为1/2，在将氦原子放在晶胞顶点时，则能够得出电子对(2e-)在晶胞中的位置主要为x轴、y轴及z轴、1/2晶胞边长、1/2体对角线等位置上，因此坐标为 (1/2，0，0)、(0，1/2，0)、(0，0，1/2)、(1/2，1/2，1/2).

(4)Na—He之间的间距d主要是体对角线的晶体密度

通过对以上化学竞赛试题的分析，能够得出晶体结构试题知识覆盖面比较大，主要是对晶体结构和晶胞化学式书写及晶胞密度计算等内容的考查.总体而言，竞赛试题在设置的时候更加注重基础知识的考核，和基础化学教学联系在一起，明确科学发展的方向和需要，推动学科之间的融合发展，有效培养考生的创新思维和探究能力，充分体现出竞赛命题紧密联系化学发展前沿所具有的特点.在试题的设计中，其题设内容更加新颖，考查层次逐渐由浅入深，学生在解题过程中需要突破思维定式深入掌握立方体空隙的概念，晶体结构中空隙问题的考查是中学化学教学的延伸，晶体空隙能够促使零散多样的晶体结构之间构建的相关联系，有助于对学生空间思维的形成和计算能力等方面的培养，能帮助考生在这一基础上掌握更多相关知识内容，能熟练应用已知的晶胞参数计算晶体密度.

文章来源：《金刚石与磨料磨具工程》 网址: http://www.jgsymlmjgc.cn/qikandaodu/2021/0414/394.html

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