题目内容

晶体具有规则的几何外形,晶体中最基本的重复单元称为晶胞。NaCl晶体结构如图所示。已知FexO晶体晶胞结构为NaCl型,由于晶体缺陷,x值小于1。测知FexO晶体密度为ρ=5.71 g·cm-3,晶胞边长为4.28×10-10 m。

 

(1)FexO中x值(精确至0.01)为____________。

(2)晶体中的Fen+分别为Fe2+、Fe3+,在Fe2+和Fe3+的总数中,Fe2+所占分数(用小数表示,精确至0.001)为____________。

(3)此晶体化学式为____________。

(4)与某个Fe2+(或Fe3+)距离最近且等距离的O2-围成的空间几何形状是____________。

(5)在晶体中,铁元素的离子间最短距离为____________m。

解析:(1)由NaCl晶体结构可知,1个NaCl晶胞由8个小立方体构成,每个小立方体的8个顶点分别由4个Na+、4个Cl-相邻占据,每个Na+、Cl-都只有1/8占据在小立方体中,因而每个小立方体含Na+(1/8)×4个=1/2个,含Cl-为(1/8)×4个=1/2个。由于NaCl晶胞由8个小立方体组成,故每个晶胞有NaCl微粒:8×(1/2)=4个。同理,在FexO晶胞中有4个FexO微粒,故1 mol晶胞含有4 mol FexO粒子。设FexO的摩尔质量为M,则有:4M=ρVNa,M=ρVNa/4=\/4=67.4 g·mol-1。

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

(2)设含y个Fe2+,则有(0.92-y)个Fe3+,由正、负化合价代数和为零,得:

2y+3(0.92-y)=2,解得y=0.76个。故Fe2+所占分数为:0.76/0.92=0.826。

(3)由于Fe2+为0.76,则Fe3+为(0.92-0.76)=0.16,故化学式为:。

(4)由NaCl晶体结构可推知,与Fe2+(或Fe3+)距离最近且等距离的O2-有6个,这6个O2-所围成的几何形状为正八面体。

(5)设FexO中Fe—Fe最短的距离为r。由FexO晶体的一个平面图可知,在直角三角形ABC中,斜边BC为r,而AB=AC=晶胞边长/2。

因此r2=AB2+AC2,

r==3.03×10-10m。

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


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