Question

【題目】（1）Fe元素在元素周期表中位于______區(qū)，基態(tài)Fe2+的離子結(jié)構(gòu)示意圖為_____________。

（2）氧化亞鐵晶體的晶胞如下圖所示。已知：氧化亞鐵晶體的密度為ρg·cm-3（NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值）。在該晶胞中，與Fe2+緊鄰且等距離的Fe2+數(shù)目為_________；Fe2+與O2-的最短核間距為_____________cm。

（3）金屬晶體Ti采取面心立方最密堆積，則Ti原子的空間利用率是 ： ________π×100%（要求寫出帶根號(hào)的最簡(jiǎn)計(jì)算式）。

（4）SiC晶體的硬度為9.5，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示（小球代表C原子，大球代表Si原子）；則該晶體類型為_________，在SiC晶體中，每個(gè)Si原子周圍最近的C原子數(shù)目為________個(gè)；若晶胞的邊長(zhǎng)為a pm（NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值），則該晶體的密度表達(dá)式為_______________g/cm3（化為最簡(jiǎn)形式 ）。冰晶胞中水分子的空間排列方式與上述晶胞_______（填“相似”或“不相似”）。

Answer 1

【答案】d區(qū) 12 原子 4 相似

【解析】

(1)根據(jù)構(gòu)造原理寫出鐵原子的電子排布式，據(jù)此作答。

(2)FeO晶包為正方體，根據(jù)均攤法可計(jì)算每個(gè)晶胞中含Fe2+和O2-均為4個(gè)，假設(shè)黑球?yàn)?/span>Fe2+，Fe2+處于頂點(diǎn)和面心，白球?yàn)?/span>O2-，O2-處于棱心和體心，據(jù)此可求出與Fe2+緊鄰且等距離的Fe2+數(shù)目及Fe2+與O2-的最短核間距。

(3)面心立方最密堆積的晶包為，同一面上處于對(duì)角線上的三個(gè)Ti原子相切，設(shè)Ti原子半徑為r，晶包邊長(zhǎng)為a，求出一個(gè)晶胞中Ti原子個(gè)數(shù)，進(jìn)一步求出所有Ti原子的體積，再求出晶胞的體積，兩者相比可得空間利用率。

(4)SiC硬度大，屬于原子晶體。根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，求出晶胞的體積和晶胞中所含有的SiC的質(zhì)量，即可求出密度。H2O子中的O和SiC中C均采取sp3雜化，H2O可與周圍的4個(gè)H2O形成4個(gè)氫鍵，據(jù)此回答。

(1)Fe的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，最后一個(gè)電子填充在3d能級(jí)上，所以Fe屬于d區(qū)元素，Fe2+的離子結(jié)構(gòu)示意圖為。

(2)假設(shè)黑球?yàn)?/span>Fe2+，則Fe2+位于正方體的頂點(diǎn)和面心，處于同一個(gè)面上的頂點(diǎn)的Fe2+與面心的Fe2+的距離最短，因而一個(gè)晶胞上與頂點(diǎn)的Fe2+最近的Fe2+有3個(gè)，一個(gè)頂點(diǎn)屬于8個(gè)晶胞共用，面心的一個(gè)Fe2+屬于兩個(gè)晶胞共用，因此與頂點(diǎn)上的Fe2+距離最近的Fe2+有3×8÷2=12個(gè)；一個(gè)晶胞中含有的Fe2+的個(gè)數(shù)為8×+6×=4，O2-個(gè)數(shù)也為4個(gè)，故一個(gè)晶胞中FeO的質(zhì)量為g，設(shè)晶胞的邊長(zhǎng)為acm，則晶胞的體積為a3，所以有=a3ρ，故a= ()1/3，Fe2+與O2-的最短核間距為晶胞邊長(zhǎng)的一半，故Fe2+與O2-的最短核間距為=；

(3)面心立方最密堆積的晶包為，面對(duì)角線上的三個(gè)Ti原子相切，設(shè)Ti原子半徑為r，則面對(duì)角線長(zhǎng)為4r，所以晶包邊長(zhǎng)為2r，晶胞的體積為（2r）3，一個(gè)Ti原子的體積為，一個(gè)晶胞中含有Ti原子數(shù)目為4，所以空間利用率為=；

(4)SiC的硬度大且為共價(jià)鍵形成的化合物，故屬于原子晶體；由圖可知每個(gè)Si原子與四個(gè)碳原子形成四個(gè)共價(jià)鍵，構(gòu)成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)，故每個(gè)Si原子周圍最近的C原子數(shù)目為4個(gè)；一個(gè)晶胞中含碳原子個(gè)數(shù)為4，Si原子個(gè)數(shù)為4，故一個(gè)晶胞中SiC的質(zhì)量為=160/NA，晶胞的體積為(a×10-10)3，所以ρ==；H2O子中的O和SiC中的Si均采取sp3雜化，SiC中Si與C形成四個(gè)共價(jià)鍵，一個(gè)H2O與周圍的4個(gè)H2O能形成4個(gè)氫鍵，氫鍵具有方向性，故冰晶胞中水分子的空間排列方式與SiC的晶胞相似。