3.3微专题3 原子分数坐标的分析方法(含答案)

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3.3微专题3 原子分数坐标的分析方法(含答案)

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原子分数坐标分析方法
【方法与技巧】
1.原子分数坐标参数
(1)含义:以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子分数坐标
(2)原子分数坐标的确定方法
①依据已知原子的坐标确定坐标系取向
②一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位
③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线,所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标
(3)示例
晶胞中原子坐标
A(0,0,0), B(0,1,0), C(1,1,0), D(1,0,0),E(0,0,1), F(0,1,1), G(1,1,1), H(1,0,1),体心:(,,), 上面心:(,,1), 下面心:(,,0),左面心:(,0,),右面心:(,1,), 前面心:(1,,),后面心:(0,,)
2.典型晶胞结构模型的原子分数坐标
(1)简单立方体模型粒子坐标
粒子坐标
若1(0,0,0),2(0,1,0),则确定3的原子分数坐标为(1,1,0),7为(1,1,1)
(2)体心晶胞结构模型的原子坐标和投影图
粒子坐标
若1(0,0,0),3(1,1,0),5(0,0,1),则6的原子分数坐标为(0,1,1),7为(1,1,1),9为(,,)
(3)面心立方晶胞结构模型的原子坐标和投影图
粒子坐标
若1(0,0,0),13(,,0),12(1,,),则15的原子分数坐标为(,1,),11为(,,1)
(4)金刚石晶胞结构模型的原子坐标和投影图
粒子坐标
若a原子为坐标原点,晶胞边长的单位为1,则原子1、2、3、4的坐标分别为(,,)、(,,)、(,,)、(,,)
【课时跟踪检测】
1.以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。如图中原子1的坐标为(,,),则原子2和3的坐标正确的是(  )
A.原子2为(,0,) B.原子2为(0,,) C.原子3为(1,0,) D.原子3为(0,0,)
2.以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。氧化镍原子分数坐标参数A为(0,0,0),B为(1,1,1),则C的坐标参数为(  )
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A.(,,) B.(1,1,) C.(,1,) D.(1,,)
3.非金属氟化物在生产、生活和科研中应用广泛。XeF2晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子的分数坐标,如A点原子的分数坐标为。已知Xe—F键长为r pm,则B点原子的分数坐标为________
4.一种四方结构的超导化合物的晶胞结构如图1所示,晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。
以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图1中原子1的坐标为,则原子2和3的坐标分别为________、________
5.S与Zn所形成化合物晶体的晶胞如图所示。原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中,原子坐标参数a为(0,0,0);b为;c为。则d的坐标参数为________
6.晶胞有两个基本要素:①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,如图(1、2)为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为;C为。则D原子的坐标参数为________
7.汞钡铜氧晶体的晶胞如图A所示,通过掺杂Ca2+获得的具有更高临界温度的超导材料如图B所示。图A晶胞中钡离子的分数坐标为和________
8.利用新制的Cu(OH)2检验醛基时,生成砖红色的Cu2O,其晶胞结构如下图所示,该晶胞原子坐标参数A为(0,0,0);B为(1,0,0);C为。则D原子的坐标参数为___________,它代表_______原子
9.以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。如图1所示为磷化硼晶体的晶胞,图2是晶胞沿着体对角线方向的投影图。图1中,原子1的分数坐标是,则原子2的分数坐标为________
10.CdSe的一种晶体为闪锌矿型结构,晶胞结构如图所示。其中原子坐标参数A为,则B、C的原子坐标参数分别为______________________
11.以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。ZnSe晶胞中部分原子的分数坐标为:A点Se2-(0,0,0),B点Se2-的分数坐标为________。从该晶胞中找出距离B点Se2-最远的Zn2+的位置________(用分数坐标表示)
12.KZnF3具有钙钛矿型立方结构,晶胞结构如图所示,KZnF3晶胞中A离子的坐标参数为(0,0,0),B离子的坐标参数为(1,0,0),C离子的坐标参数为(0,1,0),则D离子的坐标参数为________
13.锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛,锗单质具有金刚石型结构,如下图所示:
晶胞有两个基本要素:一是原子分数坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,上图中A点的原子分数坐标为(0,0,0),则B、C两点的原子分数坐标为________、________
14.CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如表所示
  坐标原子   x y z
Cd 0 0 0
Sn 0 0 0.5
As 0.25 0.25 0.125
一个晶胞中有________个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn________________(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有________个
15.黑磷是磷的一种稳定的同素异形体,黑磷具有正交晶系的晶体结构(图A),晶胞参数a=3.310A,b=4.380A,c=10.500A。黑磷烯是二维的单层黑磷(图B),黑磷烯与石墨烯结构相似,P的配位数为3。与石墨烯相比,黑磷烯具有半导体性质,更适合于制作电子器件。已知黑磷结构中只有一种等效的三配位P,所有P原子的成键环境一样,图A中编号为①的P原子的晶胞内坐标为(0.500,0.090,0.598)。请回答下列问题:
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(1)P和F形成的分子PF3和PF5,它们的立体构型分别为________、________
(2)图A中编号为②的P原子的晶胞内坐标为________,黑磷的晶胞中含有________个P原子
【原子分数坐标分析方法】答案
1.D。解析:原子1的坐标为(,,),则坐标系为,原子2在晶胞底面的中心,2的坐标为(,,0);原子3在坐标系z轴所在棱的一半,3的坐标为(0,0,),故选D。
2.D。解析:由氧化镍原子分数坐标参数A为(0,0,0)和B为(1,1,1)可知,晶胞的边长为1,由晶胞结构可知,C点位于右侧正方形的面心,则C的坐标参数为(1,,)。
3.
解析:由A点坐标知该原子位于晶胞的中心,且每个坐标系的单位长度都记为1,B点在棱的处,其坐标为
4. 
解析:根据原子1的坐标,可知原子2和3的坐标分别为,。
5. 
解析:根据d的位置,可知其坐标参数为
6.
解析:D与周围4个原子形成正四面体结构,D与顶点A的连线处于晶胞体对角线上,过面心B、C及上底面面心原子的平面且平行侧面将晶胞2等分,同理过D原子的且平行侧面的平面将半个晶胞再2等分,可知D处于到各个面的处,则D原子的坐标参数为。
7. 
解析:图A晶胞中钡离子的分数坐标为和
8. Cu
解析:根据晶胞的结构,D在A和C中间,因此D的坐标是,白色的原子位于顶点和体心,个数为8×+1=2,D原子位于晶胞内,全部属于晶胞,个数为4,根据化学式,推出D为Cu。
9.
解析:(1)题图1中原子1的分数坐标是,原子1位于底面面心,原子2位于体对角线的处,则原子2的分数坐标为
10.、
11.(1,1,1) (0.25,0.25,0.25)
12.
解析:D离子处于晶胞左侧面的面心位置,由A、B、C离子的坐标参数可知,D离子的坐标参数为。
13.  
解析:依据晶胞结构和坐标系,因A为原点,则B的原子分数坐标为;C的原子分数坐标为
14.4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
解析:由四方晶系CdSnAs2的晶胞结构及原子的分数坐标可知,有4个Sn位于棱上,6个Sn位于面上,则属于一个晶胞的Sn的个数为4×+6×=4。与Cd(0,0,0)最近的Sn原子为如图所示的a、b两个Sn原子,a位置的Sn的分数坐标为(0.5,0,0.25),b位置的Sn的分数坐标为(0.5,0.5,0)。CdSnAs2晶体中Sn除与该晶胞中的2个As键合外,还与相邻晶胞中的2个As键合,故晶体中单个Sn与4个As键合。
15.(1)三角锥形 三角双锥形
(2)(0.500,-0.090,0.402) 8
解析:(1)PF3的价层电子对数3+=4,有一对孤电子对,所以立体构型为三角锥形,PF5的价层电子对数5+=5,无孤电子对,所以立体构型为三角双锥形。(2)结合图B可知,图A中编号为②的P原子位于同一坐标轴a,关于坐标轴b对称,且位于坐标轴c的值为1-0.598=0.402,该P原子在晶胞内的坐标为(0.500,-0.090,0.402);该晶胞中第一层含有P原子1+1=2个,第二层含有P原子1+1+1+1=4个,第三层含有P原子1+1=2个,共8个P原子。
A
B
C
D
E
F
G
H
x
y
z
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