中国地质大学(北京)结晶学与矿物学问答题和论述题总结简版

精品文档。1欢迎下载问答题1、简述石英族矿物的分类及成因产状。（7分）答案要点：分类：α-石英，β-石英，α-磷石英，β-磷石英，α-方石英，β-方石英，柯石英，斯石英成因：α-石英各种地质作用下均可形成，β-石英酸性火山岩，α-磷石英β-磷石英，α-方石英，β-方石英，酸性火山岩，柯石英，斯石英陨石，高压成因。2、简述层状硅酸盐矿物的结构型式及形态物性特点。（8分）答案要点：在层状硅酸盐矿物中，按八面体片中阳离子数目不同，可分为两种结构型式。在四面体片与八面体片相匹配中，［SiO4］四面体所组成的六方环范围内有三个八面体与之相适应。当这三个八面体中心位置均为二价离子(如Mg2+)占据时，所形成的结构为三八面体型结构；若其中充填的为三价离子(如Al3+)，为使电价平衡，这三个八面体位置将只有两个为离子充填，有一个空着的，这种结构称为二八面体型结构。若二价离子和三价离子同时存在，则可形成过渡型结构。本亚类矿物的形态和许多物理性质常与其层状结构密切相关。形态上，多呈单斜晶系，假六方板、片状或短柱状。物理性质上，一般具一组极完全的底面解理；低的硬度；薄片具3、试述矿物的分类及分类依据，并举例说明（15分）答案要点：大类：化合物类型，类：阴离子和络阴离子种类，亚类：络阴离子结构，族：晶体结构型和阳离子性质，亚族：阳离子种类和结构对称性，种一定的晶体结构和化学成分，亚种：完全类质同象中的端元组分比例，异种（变种）形态物性成分稍异，例如含氧盐大类，硅酸盐类，链状硅酸盐亚类，辉石族，单斜辉石，普通辉石钛辉石。4、简述辉石族和角闪石族矿物在成分、结构、性质和成因上有何共同和不同之处？（15分）答案要点：辉石族矿物（1精品文档。2欢迎下载辉石族矿物的化学通式可表示成XY［T2O6X=Na+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Mg2+Li+等，在晶体结构中占据M2位置，Y=Mn2+、Fe2+、Mg2+、Fe3+、Cr3+、Al3+、Ti4+M1位置，T=Si4+、Al3+Fe3+Cr3+、Ti4+等，占据硅氧骨干中的四面体位置（2在辉石族矿物的晶体结构中，［SiO4］四面体各以两个角顶与相邻的［SiO4］四面体共用形成沿c轴方向无限延伸的单链。在a轴和b轴方向上［Si2O6］链以相反取向交替排列，由此形成平行｛100｝的似层状，以及在a轴方向上活性氧与活性氧相对形成M1位，惰性氧与惰性氧相对形成M2的型式。（3辉石的晶体结构特征，使辉石晶体均呈平行于［Si2O6］链延伸方向(c轴)的柱状晶形，其横截面呈假正方或八边形；并发育平行于链延伸方向的｛210｝或｛110｝解理，其解理夹角为87°和93°，近于90°，这与链的排列方式有关，解理沿着链的间隙处产生。闪石族矿物（1）化学成分角闪石族矿物的化学成分通式可表示为：A01X2Y5［T4O11］2(OH,F,Cl)2，其中：A=Na+、Ca2+K+、H3O+，占据结构中的AX=Na+、Li+、K+、Ca2+Mg2+Fe2+Mn2+M4Y=Mg2+Fe2+Mn2+Al3+Fe3+Ti4+Cr3+M1、M2、M3位；T=Si4+Al3+Ti4+Al/Si≤1/3。A、X、Y组阳离子中及其间的类质同像替代十分普遍和复杂，并可形成许多类质同像系列。（2结构中的硅氧骨干可看成是由两个辉石单链联结而成的双链，以四个［SiO4］四面体为一重复单位。［Si4O11］双链均平行c轴排列和无限延伸。双链在结构中的排布方式与辉石的单链在结构中排布方式相似，当X类阳离子为小半径阳离子Mg2+Fe2+的八面体形成斜方角闪石，当为大半径阳离子Ca2+Na+等占据时，为8次配位多面体形成单斜角闪石。（3角闪石的晶体结构特征决定了角闪石族矿物具有平行c轴方向延长的柱状、针状甚至纤维状晶形；均发育平行于｛110｝(或｛210｝)的完全解理，很易理解，与辉石族矿物相比，精品文档。3欢迎下载由于硅氧骨干的横宽加大一倍，其解理面夹角从近于90°变为56°和124°；这是肉眼区角闪石族矿物的一些物理性质，如颜色、相对密度、折射率等随化学成分的变化而变化。如当成分中Fe含量增高时，其颜色加深，相对密度和折射率均增大。5、类质同象、同质多象、多型、有序无序的概念，并举例说明。（15分）答案要点：类质同象的概念：晶体形成时，其结构中本应全部由某种原子或离子占有的等效位置部分地被它种类似的质点所代替，晶格常数发生不大的变化而结构型式不变的现象称为类质同象，橄榄石，闪锌矿等举例同质多象：在不同的温度、压力和介质浓度等物理化学条件下，同种化学成分的物质形成不同结构晶体的现象称为同质多象。这些不同结构的晶体，称为该成分的同质多象变体。金刚石，石墨等举例多型：一种元素或化合物的晶体以两种或两种以上层状结构存在的现象，如纤维锌矿，云母，举例有序无序：在晶体结构中，若两种原子或离子占据等同位置且在该种位置任意分布，即他们占据任何一个该等同位置的几率都相同，则这种结构称无序结构，如果他们的分布是有规律的，即两种原子或离子各自占据特定的位置则这种结构称为有序结构。6、举例说明不同晶体结构类型与矿物形态和物性的关系。具金属键的矿物一般呈金属色、金属光泽或半金属光泽、不透明。良导体高延展性；硬度低。高密度2）具共价键的矿物一般呈无色及彩色、高硬度、高熔点，不导电，金刚光泽或玻璃光泽、透明。3）具离子键或分子键的矿物，无色或淡色，玻璃光泽、透明。不导电7、对比氧化物矿物大类和硫化物矿物大类的晶体化学和形态物性特征。（1）硫化物的成分:阴离子S2-[S2]2-[AsS3]3-、[SbS3]3-精品文档。4欢迎下载阳离子:铜型离子为主,过渡型离子(靠近铜型离子一边的)。Cu,Pb,Zn,Ag,Hg,Fe,Co,Ni硫化物晶格类型:晶格：既非典型的原子晶格也非典型的金属晶格；硫化物物理性质：向金属键过渡者：金属光泽、金属色、不透明、黑色条痕，如PbS,FeS2向共价键过渡者：金刚光泽、非金属彩色、半透明、彩色条痕，如AsS、As2S3、HgS、ZnS。硫化物的硬度一般较低,只有对硫化物如FeS2的硬度高（因为S-S为共价键，使Fe-S、S-S间距缩短）。硫化物的密度一般较大，因为组成本类的阳离子原子量大，并且阴离子常做最紧密堆积。（2）氧化物的成分：阴离子O2-阳离子主要是惰气型和过渡型离子氧化物的晶格类型：晶格：具原子晶格特征和金属晶格特征的离子晶格；氧化物物理性质：过渡型阳离子：半金属光泽、金属色、不透明、如磁铁矿Fe3O4,赤铁矿Fe2O3惰气型阳离子：玻璃光泽、透明、条痕无色，如刚玉Al2O3、石英SiO2、尖晶石MgAl2O4。氧化物的硬度一般较高（〉小刀，是因为O2-最紧密堆积，且共价键成分多），密度一般较大（阴离子常做最紧密堆积，只有架状结构的SiO2密度低）。8、类质同象的概念、条件与意义，举例说明。（1）概念：晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）被其他类似的质点所代替，仅晶格常数发生不大的变化，而结构型式并不改变的现象（2）条件1)原子和离子半径:相近Fe2+，Mg2+2)离子电价:代替前后要平衡3）离子类型和化学键：Ca2+,Hg2+4）外因：温度、压力、组分浓度（3）意义1）矿物晶体成分变化的主要原因2）了解稀有元素的赋存状态3）反映矿物的形成条件9、元素的离子类型有哪几种？特点分别是什么？（P184）①惰性气体型离子：包括碱金属、碱土金属及一些非金属元素的离子。碱金属、碱土金属元素的电离势较低，离子半径较大，易于氧或卤素元素以离子键结合形成含氧盐、氧化物和卤精品文档。5欢迎下载化物。②铜型离子：这些元素的电离势较高，离子半径较小，极化能力很强，通常主要以共价键与硫结合形成硫化物及其类似化合物和盐硫盐。③过渡型离子：离子的性质也介于惰性气体型离子和铜型离子之间。最外层电子数愈接近8的，其亲氧性欲强，愈易形成硫化物及类似化合物；而居中间位置的Mn、Fe，则明显具双重倾向，主要受其所处环境的氧化还原条件所支配。10、类质同像代替的条件是什么？（P164）①相互取代的原子或离子，其半径应当相近。②在类质同像的代替中，必须保持总价键的平衡③惰性气体型离子在化合物中一般以离子键结合，而铜型离子在化合物中以共价键结合为主④温度增高有利于类质同像的产生，而温度降低则将限制类质同像的范围并促使类质同像混晶发生分解⑤一般来说，压力的增大将限制类质同像代替的范围并促使其离溶11、矿物分哪几大类？硅酸盐分哪几亚类？各亚类的阴离子团形式分别是什么？（P250、P326、P316）矿物分为：自然元素矿物、硫化物及其类似化合物矿物、氧化物和氢氧化物矿物、含氧盐矿物、卤化物矿物。硅酸盐分为：岛状结构硅酸盐、链状结构硅酸盐、层状结构硅酸盐和架状结构硅酸盐岛状有单四面体[SiO4]4-、-双四面体[SiO4]6--、环状为[SinO3n]2n--，链状有单链[Si2O6]4-、双链[Si4O11]6--，层状的有[Si4O10]4-，架状无12、从晶体化学的角度说明金刚石和石墨的性质差异。（7分）答：金刚石和石墨的化学成分相同，但它们的晶体结构和晶格类型有较大差异，从而导致了它们宏观形态和物理性质上存在很大的差异。金刚石的空间格子为立方面心格子，晶格中质点以共价键联结，是典型的原子晶格晶体。其物理性质显示原子晶格的特点：硬度高，光泽强，具脆性，不导电。石墨的空间格子为三方或六方格子，层状结构，层内具共价键—金属键，层间为分子键。表现在物理性质上为晶体具明显的异向性，具{0001}极完全解理（层状结构导致），硬度低（分子键引起），金属光泽，电的良导体（金属键存在）。13、闪锌矿有深色和浅色之分，同时其他光学性质相应地也各有所不同，请解释其原因所在。（6分）精品文档。6欢迎下载答：这是由于闪锌矿化学成分不同而导致的差异。在自然界中，闪锌矿（ZnS）中的Zn2+比较容易被Fe2+替代，形成类质同像混晶。当替代程度较少时，Zn2+与S2-以共价键连接。矿物显示出原子晶格晶体的光学性质，例如：较浅的颜色，同时条痕也很浅，矿物透明，并且是金刚光泽。当替代程度较大时，Fe2+与S2-之间的化学键作用显现，这两种元素间的化学键向金属键过渡，从而导致矿物显示出一定金属晶格晶体的光学性质，例如：颜色变深，条痕变深，半透明甚至不透明，半金属光泽等。14、举例说明矿物解理产生的原因。（6分）答：解理的产生严格受其晶体内部结构因素（晶格、化学键类型及其强度和分布）的控制，常沿面网间化学键力最弱的面网产生。下面按照晶格类型，将解理产生的原因分别描述如下：1）在原子晶格中，各方向的化学键力均等，解理面∥面网密度最大的面网。例如：金刚石晶体的解理沿{111}产生。2）离子晶格，因静电作用，解理沿由异号离子组成的、且面网间距大的电性中和面网产生，例如：石盐的解理沿{100}产生；或者，解理面∥两层同号离子层相邻的面网，例如：萤石的解理沿{111}产生。3）多键型的分子晶格，解理面∥由分子键联结的面网，例如：石墨的解理沿{0001}产生。4）金属晶格，由于失去了价电子的金属阳离子为弥漫于整个晶格内的自由电子所联系，晶体受力时很容易发生晶格滑移而不致引起键的断裂。故金属晶格具强延展性而无解理。15、试从晶体化学的角度解释Al2SiO5的同质多象现象，并分析它们所代表的温度压力条件？（7分）答：Al2SiO5的同质三像变体晶体结构中，Si4+全部为四次配位，并呈孤立的[SiO4]四面体。两个Al3+中的一个均与氧呈六次配位，并以共棱的方式联结成平行于c轴方向延伸的[AlO6]八面体链，剩余的另一个Al3+在三种矿物中的配位数各不相同。在红柱石中为五次配位，在蓝晶石中为六次配位，在夕线石中为四次配位。这三种矿物中1/2的Al3+在配位数上的变化，反映其形成的温压条件。一般情况下，蓝晶石产于高压变质带或中压变质带的较低温部分，因高压低温易形成六次配位形式的Al。红柱石产于低压变质带的较低温部分，因低温低压易形成罕见的五次配位形式的Al。夕线石产于中压或低压变质带的较高温部分，因低压高温易形成四次配位形式的Al.。16