Question

晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復(fù)單元稱(chēng)為晶胞。NaCl晶體結(jié)構(gòu)如下圖所示。已知Fe_xO晶體晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl型，由于晶體缺陷，x值小于1。測(cè)知Fe_xO晶體密度為ρ=5.71 g·cm^-3，晶胞邊長(zhǎng)為4.28×10^-10 m。

（1）Fe_xO中x值(精確至0.01)為_(kāi)___________。

（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?jǐn)?shù)（用小數(shù)表示，精確至0.001）為_(kāi)___________________。

（3）此晶體化學(xué)式為_(kāi)_____________。

（4）與某個(gè)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_(kāi)___________m。

Answer 1

解析：根據(jù)NaCl晶體結(jié)構(gòu)，1個(gè)NaCl晶胞是由8個(gè)小立方體〔如下圖(1)〕構(gòu)成的。每個(gè)小立方體含12個(gè)NaCl，同理在Fe_xO晶體中，每個(gè)小立方體含12個(gè)Fe_xO，完整晶體中〔如下圖(2)〕，F(xiàn)e、O交替出現(xiàn)，x=1。

（1）每個(gè)小立方體的質(zhì)量為：m=ρV

=5.71 g·cm^-3×()³

=5.60×10^-23 g。

M（Fe_xO）=2m·N_A=2×5.60×10^-23 g×6.02×10²³mol^-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(shè)1 mol Fe_0.92O中，N(Fe²⁺)=y mol,

則：N(Fe³⁺)=(0.92-y)mol。根據(jù)化合物中各元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零的原則：2×y mol+3×(0.92-y mol)+(-2)×1 mol=0,y=0.76。

故Fe²⁺所占分?jǐn)?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(xué)式為：。

（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）

（4）正八面體

（5）3.02×10^-10