Question

（1）Fe元素在元素周期表中位于______区，基态Fe²⁺的离子结构示意图为_____________。

（2）氧化亚铁晶体的晶胞如下图所示。已知：氧化亚铁晶体的密度为ρg·cm^-3（N_A代表阿伏加德罗常数的值）。在该晶胞中，与Fe²⁺紧邻且等距离的Fe²⁺数目为_________；Fe²⁺与O^2-的最短核间距为_____________cm。

（3）金属晶体Ti采取面心立方最密堆积，则Ti原子的空间利用率是 ： ________π×100%（要求写出带根号的最简计算式）。

（4）SiC晶体的硬度为9.5，其晶胞结构如下图所示（小球代表C原子，大球代表Si原子）；则该晶体类型为_________，在SiC晶体中，每个Si原子周围最近的C原子数目为________个；若晶胞的边长为a pm（N_A代表阿伏加德罗常数的值），则该晶体的密度表达式为_______________g/cm³（化为最简形式 ）。冰晶胞中水分子的空间排列方式与上述晶胞_______（填“相似”或“不相似”）。

Answer

d区 12 原子 4 相似

【解析】

(1)根据构造原理写出铁原子的电子排布式，据此作答。

(2)FeO晶包为正方体，根据均摊法可计算每个晶胞中含Fe2+和O2-均为4个，假设黑球为Fe2+，Fe2+处于顶点和面心，白球为O2-，O2-处于棱心和体心，据此可求出与Fe2+紧邻且等距离的Fe2+数目及Fe2+与O2-的最短核间距。

(3)面心立方最密堆积的晶包为，同一面上处于对角线上的三个Ti原子相切，设Ti原子半径为r，晶包边长为a，求出一个晶胞中Ti原子个数，进一步求出所有Ti原子的体积，再求出晶胞的体积，两者相比可得空间利用率。

(4)SiC硬度大，属于原子晶体。根据晶胞结构特点，求出晶胞的体积和晶胞中所含有的SiC的质量，即可求出密度。H2O子中的O和SiC中C均采取sp3杂化，H2O可与周围的4个H2O形成4个氢键，据此回答。

(1)Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，最后一个电子填充在3d能级上，所以Fe属于d区元素，Fe2+的离子结构示意图为。

(2)假设黑球为Fe2+，则Fe2+位于正方体的顶点和面心，处于同一个面上的顶点的Fe2+与面心的Fe2+的距离最短，因而一个晶胞上与顶点的Fe2+最近的Fe2+有3个，一个顶点属于8个晶胞共用，面心的一个Fe2+属于两个晶胞共用，因此与顶点上的Fe2+距离最近的Fe2+有3×8÷2=12个；一个晶胞中含有的Fe2+的个数为8×+6×=4，O2-个数也为4个，故一个晶胞中FeO的质量为g，设晶胞的边长为acm，则晶胞的体积为a3，所以有=a3ρ，故a= ()1/3，Fe2+与O2-的最短核间距为晶胞边长的一半，故Fe2+与O2-的最短核间距为=；

(3)面心立方最密堆积的晶包为，面对角线上的三个Ti原子相切，设Ti原子半径为r，则面对角线长为4r，所以晶包边长为2r，晶胞的体积为（2r）3，一个Ti原子的体积为，一个晶胞中含有Ti原子数目为4，所以空间利用率为=；

(4)SiC的硬度大且为共价键形成的化合物，故属于原子晶体；由图可知每个Si原子与四个碳原子形成四个共价键，构成一个四面体结构，故每个Si原子周围最近的C原子数目为4个；一个晶胞中含碳原子个数为4，Si原子个数为4，故一个晶胞中SiC的质量为=160/NA，晶胞的体积为(a×10-10)3，所以ρ==；H2O子中的O和SiC中的Si均采取sp3杂化，SiC中Si与C形成四个共价键，一个H2O与周围的4个H2O能形成4个氢键，氢键具有方向性，故冰晶胞中水分子的空间排列方式与SiC的晶胞相似。