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3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。

圖3

（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⁺的總數中，Fe²⁺所占分數（用小數表示，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）根據NaCl晶體結構，1個NaCl晶胞是由8個小立方體〔如圖（1）〕構成的。每個小立方體為NaCl，同理在Fe_xO晶體中，每個小立方體為個Fe_xO,完整晶體中〔如圖（2）〕Fe、O交替出現，x=1。

（1）每個小立方體的質量為：

m=ρV=5.71 g·cm^-3×（)³=5.60×10^-23 g

M(Fe_xO)=2 m·N_A=2×5.60×10^-23 g×6.02×10²³ mol^-1=67.4 g·mol^-1

56.0 g·mol^-1×x+16.0 g·mol^-1×1=67.4 g·mol^-1

x=0.92

（2）設1 mol Fe_0.92O中，n(Fe²⁺)=y mol,則:n(Fe³⁺)=(0.92-y)mol。根據化合物中各元素正負化合價代數和為零的原則：2×y mol+3×(0.92 mol-y mol)+(-2)×1 mol=0

y=0.76

故Fe²⁺所占分數為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O。

（4）Fe在晶體中所占空隙的幾何形狀為正八面體。如圖（3）所示。

圖（3）

（5）如圖（1），鐵元素離子間的距離

r==1.41×4.28×10^-10 m×=3.02×10^-10 m

答案：(1)0.92  (2)0.826  (3)O

(4)見圖(3)  (5)3.02×10^-10 m