Question

晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復單元稱為晶胞。NaCl晶體結構如圖所示。已知Fe_xO晶體晶胞結構為NaCl型，由于晶體缺陷,x值小于1。測知Fe_xO晶體密度為ρ=5.71 g·cm^-3，晶胞邊長為4.28×10^-10 m。

 

（1）Fe_xO中x值（精確至0.01）為____________。

（2）晶體中的Feⁿ⁺分別為Fe²⁺、Fe³⁺,在Fe²⁺和Fe³⁺的總數(shù)中，F(xiàn)e²⁺所占分數(shù)（用小數(shù)表示，精確至0.001）為____________。

（3）此晶體化學式為____________。

（4）與某個Fe²⁺(或Fe³⁺)距離最近且等距離的O^2-圍成的空間幾何形狀是____________。

（5）在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為____________m。

Answer 1

解析：（1）由NaCl晶體結構可知，1個NaCl晶胞由8個小立方體構成，每個小立方體的8個頂點分別由4個Na⁺、4個Cl^-相鄰占據(jù)，每個Na⁺、Cl^-都只有1/8占據(jù)在小立方體中，因而每個小立方體含Na⁺(1/8)×4個=1/2個,含Cl^-為(1/8)×4個=1/2個。由于NaCl晶胞由8個小立方體組成，故每個晶胞有NaCl微粒：8×(1/2)=4個。同理，在Fe_xO晶胞中有4個Fe_xO微粒，故1 mol晶胞含有4 mol Fe_xO粒子。設Fe_xO的摩爾質(zhì)量為M，則有：4M=ρVN_a，M=ρVN_a/4=\/4=67.4 g·mol^-1。

在Fe_xO中，x·55.9 g·mol^-1+16 g·mol^-1=67.4 g·mol^-1，得x=0.92。

（2）設含y個Fe²⁺，則有(0.92－y)個Fe³⁺，由正、負化合價代數(shù)和為零，得：

2y+3(0.92－y)=2，解得y=0.76個。故Fe²⁺所占分數(shù)為:0.76/0.92=0.826。

（3）由于Fe²⁺為0.76，則Fe³⁺為(0.92－0.76)=0.16，故化學式為:。

（4）由NaCl晶體結構可推知，與Fe²⁺(或Fe³⁺)距離最近且等距離的O^2-有6個，這6個O^2-所圍成的幾何形狀為正八面體。

（5）設Fe_xO中Fe—Fe最短的距離為r。由Fe_xO晶體的一個平面圖可知，在直角三角形ABC中，斜邊BC為r，而AB=AC=晶胞邊長/2。

因此r²=AB²+AC²,

r==3.03×10^-10m。

答案：（1）0.92  （2）0.826  （3）  (4)正八面體  （5）3.03×10^-10