Question

　(5分)1963年在格陵蘭Ika峽灣發(fā)現(xiàn)一種水合碳酸鈣礦物ikaite。它形成于冷的海水中，溫度達到8^oC即分解為方解石和水。1994年的文獻指出：該礦物晶體中的Ca²⁺ 離子被氧原子包圍，其中2個氧原子來自同一個碳酸根離子，其余6個氧原子來自6個水分子。它的單斜晶胞的參數為：a = 887 pm, b = 823 pm, c = 1102 pm, β = 110.2°，密度d = 1.83 g cm^-3，Z = 4。

(1) 通過計算得出這種晶體的化學式。　　　　　　　　　　　　　　　　　

(2) 研究了這種晶體在加壓下受熱膨脹體積增大的情形，并與冰及鈣離子配位數也是8的二水合石膏晶體(gypsum)作了對比，結果如下圖所示（縱坐標為相對體積）：

為什么選取冰和二水合石膏作對比？實驗結果說明什么？

(3) 　這種晶體屬于哪種類型的晶體？簡述理由。

Answer 1

   (1) ikaite晶胞體積：

V = abc sinβ = (8.87 ´ 8.23 ´ 11.02 ´ 10^-24 cm³) ´ sin110.2° = 7.55 ´ 10^-22 cm³   （0.5分）

設晶胞中含有n個水分子，晶胞的質量：m = 4 ´ (100 + 18 n) / N_A  (g)     （0.5分） 

晶體密度：d = m/V = 4 ´ (100 + 18 n) / ( 6.02 ´ 10²³ ´ 7.55 ´ 10^-22)（g cm^-3）= 1.83 g cm^-3

 100 + 18 n = 208     n = 6                                   (0.5分)

該晶體的化學式為 CaCO₃ × 6H₂O                                      (0.5分)

算出6個水分子，未寫化學式，得1.5分。

(2) Ikaite在冷水中形成，而且含有大量結晶水，分解溫度又接近冰的熔點，可能與冰的結構有相似性，故選取冰作參比物；                          (0.5分)

石膏是帶結晶水的鈣的含氧酸鹽，而且鈣的配位數也是8，可能與ikaite結構相似，故選取石膏作參比物。                                      (0.5分)

實驗結果說明ikaite的結構跟冰相似。                         (1分)

實驗結果，說明含水的摩爾分數越大膨脹越大, 可以得0.5分。

 (3)   分子晶體。                                   (0.5分)

     答混合型晶體不得分。

     晶體分解溫度接近冰的熔點，體積隨溫度的變化趨勢也接近冰，可認為晶體中的化學微粒是CaCO₃ × 6H₂O，它們以分子間作用力（氫鍵和范德華力）構成晶體。(0.5分)