Question

CaWO₄是一种无机发光材料，属四方晶系，晶胞参数为a=525pm，c=1135pm，相当与由二个小立方体组成．上下两底面的8个顶点是WO₄^2-，上面小立方体的3个面心是WO₄^2-，下面小立方体的3个面心是WO₄^2-，Ca²⁺填在上下二个小立方体的其余面心位置上，4个侧棱中点为Ca²⁺．
（1）试画出CaWO₄的一个晶胞．晶胞中有几个结构基元，结构基元是什么？
（2）推测其发光机理．

Answer 1

考点：晶胞的计算

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）四方晶系的三个晶轴相互垂直，其中两个水平轴（x轴、y轴）长度一样，但z轴的长度可长可短．四方晶系四个柱面是对称的，即相邻和相对的柱面都一样，但和顶端不对称（不同形），所有主晶面交角都是九十度交角，根据题目对CaWO₄的描述可画出晶胞图，利用均摊法可确定晶胞中结构基元及结构基元的数目；
（2）根据WO₄^2-的结构答题．

解答： 解：（1）四方晶系的三个晶轴相互垂直，其中两个水平轴（x轴、y轴）长度一样，但z轴的长度可长可短．四方晶系四个柱面是对称的，即相邻和相对的柱面都一样，但和顶端不对称（不同形），所有主晶面交角都是九十度交角，根据题目对CaWO₄的描述可画出晶胞图为，利用均摊法可知，晶胞中含有WO₄^2-的数目为8×

1

8

+3×

1

2

+3×

1

2

=4，Ca²⁺的数目为2×

1

2

+2×

1

2

+4×

1

4

+1=4，所以Ca²⁺与WO₄^2-的个数比为1：1，所以在晶胞中的结构基元是CaWO₄，这样的结构基元有4个，
答：晶胞结构图为，晶胞中有4个结构基元，结构基元是CaWO₄；
（2）WO₄^2-为变形的扁平状变形四面体，为发光中心，所以CaWO₄能发光，答：WO₄^2-为变形的扁平状变形四面体，为发光中心．

点评：本题主要考查了晶胞的结构，涉及四方晶系，对学生的空间想象力要求较高，难度较大．