2026年化学竞赛元素结构化学第2讲Al、C、N元素讲义

元素结构化学 第2课时Al、C、N元素 3.Al 3.1.Al与N形成各类化合物结构 【真题回顾】32届决赛试题第2题 3.2.尖晶石晶体结构 尖晶石（MgAl2O4）型结构。该晶体结构中，氧离子按立方紧密堆积排列，二价阳离子充填于八分之一的四面体空隙中，三价阳离子充填于二分之一的八面体空隙中。 通式AB2O4型，A为二价阳离子，B为三价阳离子，结构中O2-离子作立方紧密堆积，其中A离子填充在四面体空隙中，B离子在八面体空隙中，即A2+离子为4配位。 3.3.Al2O3晶体结构 【真题回顾】α-Al2O3晶体俗称刚玉，由于它有很高的熔点和很高的硬度、不挥发性、化学惰性 及电绝缘性，成为重要的无机材料。在 α-Al2O3结构中，O2－离子作 hcp 堆积，Al3+有序地填充在 O2－离子所围成的八面体空隙中。 （1）在下面左图表示 O2－密置单层中，取 O2－两种不同的二维六方晶胞图 A 和 B。 （每个晶胞中有 3 个 O2－离子） （2） 在上面右图表示 O2－密置单层中，用小黑球(●)表示 Al3+离子的投影位置，并取出相应的 Al3+的三种二维六方晶胞（C’,C”,C”’）。 （3）根据第(1)(2)题，写出 α-Al2O3结构的的堆积方式表达式。 （4）由第(3)题堆积方式所取的 α-Al2O3 的六方晶胞参数为 α = 476.28pm, c = 1300.32pm, 试求 α-Al2O3的密度。 (5)一些金属间化合物结构可看作由 CsCl 结构堆叠而成，例如 Cr2Al。试分别以 Cr 原子和 Al 原子为顶点，画出两种晶胞，写出晶胞中原子的分数坐标，说明一个晶胞 中有几个 Cr2Al 化学式。 4.C 4.1.碳单质结构 思考：试着画出六方石墨和三方石墨晶胞图，立方金刚石和六方金刚石晶胞图。 【真题回顾】（一）石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成，如图一所示，图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。 -1．试确定该晶胞的碳原子个数。 -2．写出晶胞内各碳的原子坐标。 -3．已知石墨的层间距为 334．8 pm，C－C键长为 142 pm，计算石墨晶体的密度。 （二）石墨可用作锂离子电池的负极材料，充电时发生下述反应： Li1-xC6 + xLi+ + xe- →Li C6 其结果是，Li+嵌入石墨的A、B层间，导致石墨的层堆积方式发生改变，形成化学式为LiC6的嵌入化合物。 -4．图二给出了一个Li+沿C轴投影在A层上的位置，试在图上标出与该离子临近的其它六个 Li十的投影位置。 -5．在 Li C6中，Li+与相邻石墨六元环的作用力属何种键型？ -6．某石墨嵌入化合物每个六元环都对应一个Li+，写出它的化学式，画出它的晶胞（C轴向上）。 （三）锂离子电池的正极材料为层状结构的LiNiO2。已知LiNiO2中Li+和Ni3+均处于氧离子组成的正八面体体心位置，但处于不同层中。 -7．将化学计量的 NiO和 LiOH在空气中加热到 700℃可得LiNiO2，试写出反应方程式。 -8．写出LiNiO2正极的充电反应方程式。 -9． 锂离子完全脱嵌时LiNiO2的层状结构会变得不稳定，用铝取代部分镍形成LiNi1-yAlyO2可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用，为什么？ 4.2.CO的配位方式及成键方式 4.3.CO2的晶胞图 5. N 5.1.氮气 N2: [KK(2s)2 (*2s)2 ( 2P)4 ( 2P)2] 5.2氨的衍生物 1） 联氨(肼 NH2-NH2) 2）羟氨(NH2-OH) 3）氢叠氮酸(HN3) 5.3.氨盐 铵盐的鉴定方法是奈斯勒试剂法 （奈斯勒试剂是[HgI4]2- 与KOH的混合溶液） 5.4.NO的配位方式 NO是一个奇电子分子，是顺磁性的。 FeSO4＋NO＝[Fe(NO)]SO4（棕色,用于棕色环反应检验NO3-离子） 5.5.NO2的配位方式 5.6.硝酸 王水是一种氧化能力强的溶液，由浓硝酸与浓盐酸按1:3体积比混合而成，能溶解惰性金属如Au, Pt等： 浓硝酸与金属反应，还原产物是NO2，稀硝酸与金属的还原产物除NO外，还可能有其它低价态物质，如N2O、NH4+等。 5.7.Li3N的配位方式 1 学科网（北京）股份有限公司 $