Question

晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为晶胞。NaCl晶体结构如图所示。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。

    (1)Fe_xO中x值(精确至0.01)为________。

    (2)晶体中的Fe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___________。

Answer 1

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＝1/2个；含Cl^-为(1/8)×4＝1/2个。由于NaCl晶胞由8个小立方体组成，故每个晶胞有NaCl粒子8×(1/2)＝4个。同理，在Fe_xO晶胞中有4个Fe_xO粒子，故1 mol晶胞含有4 mol Fe_xO。设Fe_xO的摩尔质量为M，则有：4M=ρ·V·N_A，M=ρVN_A/4＝［5.71×(4.28×10^-8)^-3×6.02×10²³］/4=67.4(g·mol^-1)。在Fe_xO中，55.9x+16=67.4，得x=0.92。

    (2)设含Y个Fe²⁺，则有(0.92-y)个Fe³⁺，而正、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有6个，这6个O^2-所围成的几何形状为正八面体。

答案：(1)x-0.92  (2)0.76/0.92=0.826  (3)  (4)正八面体