Question

晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復單元被稱為晶胞．已知Fe_xO晶體的晶胞結構為NaCl型，由于晶體缺陷，x＜1．實驗測得Fe_xO晶體的密度為6.60g?cm^-3，晶胞的邊長為4.00×10^-10m．
（1）求Fe_xO中x的具體數(shù)值（精確至0.01）為

 

，晶體中Fe元素只有+2和+3價，則在Fe²⁺、Fe³⁺的總數(shù)中，F(xiàn)e²⁺所占分數(shù)（用小數(shù)表示，精確至0.001）為：

 

．
（2）此晶體的化學式為

 

．
（3）晶體中與O^2-距離最近且相等的Fe²⁺或Fe³⁺所圍成的幾何構型是

 

．
（4）晶體中，F(xiàn)e離子間最近距離為

 

 cm．

Answer 1

考點：晶胞的計算

專題：化學鍵與晶體結構

分析：（1）根據(jù)晶胞的密度和體積求得晶胞的質量，進而求得每個晶胞中含有鐵原子和氧原子的個數(shù)，利用化合物中化合價代數(shù)和為零可以求得Fe²⁺所占分數(shù)；
（2）根據(jù)（1）中的計算出的Fe²⁺、Fe³⁺的個數(shù)比，可以確定化學式；
（3）Fe_xO晶體的晶胞結構為NaCl型，根據(jù)NaCl晶胞中與鈉離子距離最近且相等的氯離子所圍成的幾何構型判斷；
（4）利用NaCl晶胞的結構進行計算；

解答： （1）Fe_xO晶體的晶胞結構為NaCl型，所以每個晶胞中含有4個Fe_xO，根據(jù)密度=

質量

體積

，得6.60×10⁶=

4×(56x+16) NA

(4.00×10-10)3

所以x=0.85，設Fe_0.85O中Fe²⁺的數(shù)目為m，F(xiàn)e³⁺的數(shù)目為n，結合化合物中化合價代數(shù)和為零可得

m+n=0.85 2m+3n=2

，解得

m=0.55 n=0.3

，所以Fe²⁺所占分數(shù)為

0.55

0.85

=0.647，故答案為：0.85；0.647；
（2）根據(jù)（1）中的計算可知，F(xiàn)e_xO中Fe²⁺為0.55，F(xiàn)e³⁺為0.3，所以化學式為Fe_0.55Fe_0.3O，故答案為：Fe_0.55Fe_0.3O；
（3）Fe_xO晶體的晶胞結構為NaCl型，在NaCl晶胞中以體心上的鈉離子為例，與鈉離子距離最近且相等的氯離子分別位于立方體的六個面心上，將這六個點連接起來，所圍成的幾何構型為正八面體，而Fe_xO晶體的晶胞結構為NaCl型，所以與O^2-距離最近且相等的Fe²⁺或Fe³⁺所圍成的幾何構型也為正八面體，故答案為：正八面體；
（4）在NaCl晶胞中兩個鈉離子或兩個氯離子的距離為面對角線的

1

2

，面對角線=

2

棱邊長，F(xiàn)e_xO晶體的晶胞結構為NaCl型，所以Fe離子間最近距離為

2

2

×4×10-10m=2

2

×10-8cm，故答案為：2

2

×10-8；

點評：本題主要考查晶胞的計算，根據(jù)化合價確定化學式、根據(jù)密度計算離子的距離等知識，難度中等，解題的關鍵是運算要細心．