Question

7．金屬鐵晶體為體心立方堆積（如圖），實驗測得鐵的密度為ρ（g•cm^-3）．已知鐵的相對原子質量為a，阿伏加德羅常數為N_A（mol^-1）．
（1）則鐵原子的半徑r（cm）為$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{2a}{ρ{N}_{A}}}$．（用字母符號式子表示）
（2）該晶體中的原子空間利用率為68%．
（3）鐵元素的原子序數是26，其基態原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，其同周期第ⅠA族元素基態原子的第一電離能比同周期其它基態原子的第一電離能（稀有氣體原子除外）小．
（4）鐵晶體中鐵原子的配位數為8．
（5）下列關于晶體的說法中，不正確的是①②⑦．
①晶體中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶體中原子排列相對無序，無自范性
②含有金屬陽離子的晶體一定是離子晶體
③共價鍵可決定分子晶體的熔、沸點
④MgO的晶格能遠比NaCl大，這是因為前者離子所帶的電荷數多，離子半徑小
⑤晶胞是晶體結構的基本單元，晶體內部的微粒按一定規律作周期性重復排列
⑥晶體盡可能采取緊密堆積方式，以使其變得比較穩定
⑦干冰晶體中，一個CO₂分子周圍有12個CO₂分子緊鄰；CsCl和NaCl晶體中陰、陽離子的配位數都為6
⑧二氧化硅晶體結構單元中硅原子采用的是sp³雜化存在正四面體．

Answer 1

分析 （1）鐵原子的半徑為rcm，則晶胞體積對角線長度為4r cm，可知晶胞棱長為$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r cm，利用均攤法計算晶胞中Fe原子數目，表示出晶胞質量，再根據m=ρV列式計算；
（2）空間利用率=$\frac{晶胞中Fe原子總體積}{晶胞體積}$×100%；
（3）鐵元素的原子序數是26，根據能量最低原理書寫其基態原子的電子排布式，金屬性越強，第一電離能越小；
（4）金屬Fe為體心立方密堆積，Fe原子配位數為8；
（5）①物質并不都是由原子構成的；
②金屬晶體的構成微粒為金屬陽離子與自由電子；
③原子晶體中共價鍵可決定分子晶體的熔、沸點；
④離子所帶電荷越多、離子半徑越小，晶格能越大；
⑤晶胞是晶體結構的基本單元，晶體內部的微粒按一定規律作周期性重復排列；
⑥晶體盡可能采取緊密堆積方式，以使其變得比較穩定；
⑦CsCl晶體中陰、陽離子的配位數都為8；
⑧二氧化硅晶體結構單元為硅氧正四面體，Si原子形成4個Si-O鍵中硅原子．

解答 解：（1）鐵原子的半徑為rcm，則晶胞體積對角線長度為4r cm，可知晶胞棱長為$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r cm，晶胞中Fe原子數目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，鐵的相對原子質量為a，晶胞質量為2×$\frac{a}{{N}_{A}}$g，鐵的密度為ρ（g•cm^-3），則：ρ（g•cm^-3）×（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r cm）³=2×$\frac{a}{{N}_{A}}$g，故r=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{2a}{ρ{N}_{A}}}$，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{2a}{ρ{N}_{A}}}$；
（2）晶胞中Fe原子總體積為2×$\frac{4}{3}$π（rcm）³，晶胞體積為（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r cm）³，則空間利用率=$\frac{2×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（\frac{4\sqrt{3}}{3}r）^{3}}$×100%=68%，
故答案為：68%；
（3）鐵元素的原子序數是26，基態原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，其同周期第ⅠA族元素基態原子的第一電離能比同周期其它基態原子的第一電離能（稀有氣體原子除外）小，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；小；
（4）金屬Fe為體心立方密堆積，體心Fe原子與頂點8個Fe原子相鄰．Fe原子配位數為8，
故答案為：8；
（5）①構成物質的微粒中，晶體中微粒呈周期性有序排列，有自范性，非晶體中微粒排列相對無序，無自范性，但物質不能都是由原子構成的，故錯誤；
②金屬晶體的構成微粒為金屬陽離子與自由電子，含有金屬陽離子的晶體不一定是離子晶體，故錯誤；
③原子晶體中共價鍵可決定分子晶體的熔、沸點，故正確；
④離子所帶電荷越多、離子半徑越小，晶格能越大，MgO的晶格能遠比NaCl大，這是因為前者離子所帶的電荷數多，離子半徑小，故正確；
⑤晶胞是晶體結構的基本單元，晶體內部的微粒按一定規律作周期性重復排列，故正確；
⑥晶體盡可能采取緊密堆積方式，以使其變得比較穩定，故正確；
⑦干冰晶體中，一個CO₂分子周圍有12個CO₂分子緊鄰，NaCl晶體中陰、陽離子的配位數都為6，但CsCl晶體中陰、陽離子的配位數都為8，故錯誤；
⑧二氧化硅晶體結構單元為硅氧正四面體，Si原子形成4個Si-O鍵中硅原子，硅原子采用的是sp³雜化，故正確，
故選：①②⑦．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及晶胞結構與計算、核外電子排布、晶體與非晶體、晶體類型與性質等，理解掌握均攤法進行晶胞有關計算，識記中學常見晶胞結構．