Question

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3所示。已知Fe_xO晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1。测知Fe_xO晶体密度为ρ=5.71 g·cm^-3,晶胞边长为4.28×10^-10 m。

图3

（1）Fe_xO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O^2-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。

Answer 1

解析：（1）根据NaCl晶体结构，1个NaCl晶胞是由8个小立方体〔如图（1）〕构成的。每个小立方体为NaCl，同理在Fe_xO晶体中，每个小立方体为个Fe_xO,完整晶体中〔如图（2）〕Fe、O交替出现，x=1。

（1）每个小立方体的质量为：

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）设1 mol Fe_0.92O中，n(Fe²⁺)=y mol,则:n(Fe³⁺)=(0.92-y)mol。根据化合物中各元素正负化合价代数和为零的原则：2×y mol+3×(0.92 mol-y mol)+(-2)×1 mol=0

y=0.76

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O。

（4）Fe在晶体中所占空隙的几何形状为正八面体。如图（3）所示。

图（3）

（5）如图（1），铁元素离子间的距离

r==1.41×4.28×10^-10 m×=3.02×10^-10 m

答案：(1)0.92  (2)0.826  (3)O

(4)见图(3)  (5)3.02×10^-10 m