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理論化学(5)大学入試対策[イオン結晶、共有結合の結晶]

投稿日:9月 27, 2021 更新日:

・問題(1)イオン結晶の問題を解こう。

(問題)塩化ナトリウムの結晶構造を下の図に示す。NaイオンとClイオンは三次元的に規則正しく配列していてその単位格子はそれぞれのイオンについて(ァ)格子の構造を持つ。従って、単位格子にはNa+イオンが(ィ)個、Cl-イオンが(ウ)個含まれており、一個のNaイオンは最近接の位置にある(エ)個のClイオンと第2近接にある(オ)個のNaイオンに囲まれている。これに対し塩化セシウムの結晶ではClイオンを立方体の頂点におくとが Clイオン 立方体の中心に位置する。このように塩化セシウムの結晶ではその単位格子はそれぞれのイオンについて(カ)格子の構造をとり、両イオンの配位数はともに(キ)である。(日本医科大)

問1文中のァ~キに適当な語句または数値を記入せよ。

問2NaCl1の結晶ではNaイオンとClイオンのイオン半径はそれぞれ0.95Åと1.85Åであり、密度は2.2g/cm3である。アボガドロ定数=6.0×1023/mol,1Å=10-8cm、√2=1.4,(2.8)3=22としてNaClの式量を求めよ。

(解答)問1ァ→面心立方、ィ→4、ウ→4、エ→6、オ→12、カ→単純立方、キ→8、

問2→58


・問題2共有結合の結晶の問題①(ダイヤモンド)

(問題2)下の図はダイヤモンドの結晶格子の単位格子を表したもので一辺の長さはa[nm]である。ただし、格子中の炭素原子の位置のみを表し、大きさは表していない。また炭素原子は球として考え、最も近い位置にある原子同士は互いにせっしていないものとする。π=3.14,√3=1.73[東京慈恵医科大]

(問1)この単位格子内に炭素原子は何個含まれているか示せ。

(問2)この単位格子内において炭素原子が占める体積の割合を[%]で示せ。

(解答)問1 8個 、問2 34%

(解説↓)問1

(解説)問2


(問題3)共有結合の結晶の問題②(黒鉛)

黒鉛は六角形に並んだ炭素原子の平面が積み重なった図1のような結晶構造をもつ。平面内の炭素原子は共有結合で結ばれている。一方、原子面同士はファンデルワールス力で結合している。黒鉛の単位格子は図2に示すように面積隔dの2倍の高さをもつ四角柱であり、底面に位置する菱形の面積は5.23×10-16cm3である。次の問いに答えよ。[近畿大改]

(問1)黒鉛は電気を導くがダイヤモンドは電気を導かない理由を価電子という語句を持ちいて説明せよ。

(問2)黒鉛は層状にはがれやすい理由は何か?

(問3)黒鉛の単位格子には何個分の炭素原子がふくまれるか?その数を答えよ。

(問4)黒鉛の密度は2.27g/cm3である。面積隔dを有効数字3桁まで求めよ。炭素の原子量は12,アボガドロ定数6.02×1023/mol

(解答)問1 炭素は4個の価電子を持つ。黒鉛の1つの炭素原子が3つの炭素原子と共有結合し、余った価電子が動くことが出来る。これに対しダイヤモンドは1つの炭素原子が4つの炭素原子と共有結合し、価電子はすべて炭素原子間で共有され移動できないので、電気を導かない。

問2 層間は弱いファンデルワールス力で結びついているので層状にはがれやすいから

問3 4個 、問4 3.36×10-8cm

(解説)↓

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