Question

7．金属铁晶体为体心立方堆积（如图），实验测得铁的密度为ρ（g•cm^-3）．已知铁的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为N_A（mol^-1）．
（1）则铁原子的半径r（cm）为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{2a}{ρ{N}_{A}}}$．（用字母符号式子表示）
（2）该晶体中的原子空间利用率为68%．
（3）铁元素的原子序数是26，其基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，其同周期第ⅠA族元素基态原子的第一电离能比同周期其它基态原子的第一电离能（稀有气体原子除外）小．
（4）铁晶体中铁原子的配位数为8．
（5）下列关于晶体的说法中，不正确的是①②⑦．
①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性
②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体
③共价键可决定分子晶体的熔、沸点
④MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小
⑤晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列
⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定
⑦干冰晶体中，一个CO₂分子周围有12个CO₂分子紧邻；CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6
⑧二氧化硅晶体结构单元中硅原子采用的是sp³杂化存在正四面体．

Answer 1

分析 （1）铁原子的半径为rcm，则晶胞体积对角线长度为4r cm，可知晶胞棱长为$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r cm，利用均摊法计算晶胞中Fe原子数目，表示出晶胞质量，再根据m=ρV列式计算；
（2）空间利用率=$\frac{晶胞中Fe原子总体积}{晶胞体积}$×100%；
（3）铁元素的原子序数是26，根据能量最低原理书写其基态原子的电子排布式，金属性越强，第一电离能越小；
（4）金属Fe为体心立方密堆积，Fe原子配位数为8；
（5）①物质并不都是由原子构成的；
②金属晶体的构成微粒为金属阳离子与自由电子；
③原子晶体中共价键可决定分子晶体的熔、沸点；
④离子所带电荷越多、离子半径越小，晶格能越大；
⑤晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列；
⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定；
⑦CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8；
⑧二氧化硅晶体结构单元为硅氧正四面体，Si原子形成4个Si-O键中硅原子．

解答 解：（1）铁原子的半径为rcm，则晶胞体积对角线长度为4r cm，可知晶胞棱长为$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r cm，晶胞中Fe原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，铁的相对原子质量为a，晶胞质量为2×$\frac{a}{{N}_{A}}$g，铁的密度为ρ（g•cm^-3），则：ρ（g•cm^-3）×（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r cm）³=2×$\frac{a}{{N}_{A}}$g，故r=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{2a}{ρ{N}_{A}}}$，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{2a}{ρ{N}_{A}}}$；
（2）晶胞中Fe原子总体积为2×$\frac{4}{3}$π（rcm）³，晶胞体积为（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r cm）³，则空间利用率=$\frac{2×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（\frac{4\sqrt{3}}{3}r）^{3}}$×100%=68%，
故答案为：68%；
（3）铁元素的原子序数是26，基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，其同周期第ⅠA族元素基态原子的第一电离能比同周期其它基态原子的第一电离能（稀有气体原子除外）小，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；小；
（4）金属Fe为体心立方密堆积，体心Fe原子与顶点8个Fe原子相邻．Fe原子配位数为8，
故答案为：8；
（5）①构成物质的微粒中，晶体中微粒呈周期性有序排列，有自范性，非晶体中微粒排列相对无序，无自范性，但物质不能都是由原子构成的，故错误；
②金属晶体的构成微粒为金属阳离子与自由电子，含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，故错误；
③原子晶体中共价键可决定分子晶体的熔、沸点，故正确；
④离子所带电荷越多、离子半径越小，晶格能越大，MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小，故正确；
⑤晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列，故正确；
⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定，故正确；
⑦干冰晶体中，一个CO₂分子周围有12个CO₂分子紧邻，NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6，但CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都为8，故错误；
⑧二氧化硅晶体结构单元为硅氧正四面体，Si原子形成4个Si-O键中硅原子，硅原子采用的是sp³杂化，故正确，
故选：①②⑦．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及晶胞结构与计算、核外电子排布、晶体与非晶体、晶体类型与性质等，理解掌握均摊法进行晶胞有关计算，识记中学常见晶胞结构．