Question

CaWO₄是一種無機發光材料，屬四方晶系，晶胞參數為a=525pm，c=1135pm，相當與由二個小立方體組成．上下兩底面的8個頂點是WO₄^2-，上面小立方體的3個面心是WO₄^2-，下面小立方體的3個面心是WO₄^2-，Ca²⁺填在上下二個小立方體的其余面心位置上，4個側棱中點為Ca²⁺．
（1）試畫出CaWO₄的一個晶胞．晶胞中有幾個結構基元，結構基元是什么？
（2）推測其發光機理．

Answer 1

考點：晶胞的計算

專題：化學鍵與晶體結構

分析：（1）四方晶系的三個晶軸相互垂直，其中兩個水平軸（x軸、y軸）長度一樣，但z軸的長度可長可短．四方晶系四個柱面是對稱的，即相鄰和相對的柱面都一樣，但和頂端不對稱（不同形），所有主晶面交角都是九十度交角，根據題目對CaWO₄的描述可畫出晶胞圖，利用均攤法可確定晶胞中結構基元及結構基元的數目；
（2）根據WO₄^2-的結構答題．

解答： 解：（1）四方晶系的三個晶軸相互垂直，其中兩個水平軸（x軸、y軸）長度一樣，但z軸的長度可長可短．四方晶系四個柱面是對稱的，即相鄰和相對的柱面都一樣，但和頂端不對稱（不同形），所有主晶面交角都是九十度交角，根據題目對CaWO₄的描述可畫出晶胞圖為，利用均攤法可知，晶胞中含有WO₄^2-的數目為8×

1

8

+3×

1

2

+3×

1

2

=4，Ca²⁺的數目為2×

1

2

+2×

1

2

+4×

1

4

+1=4，所以Ca²⁺與WO₄^2-的個數比為1：1，所以在晶胞中的結構基元是CaWO₄，這樣的結構基元有4個，
答：晶胞結構圖為，晶胞中有4個結構基元，結構基元是CaWO₄；
（2）WO₄^2-為變形的扁平狀變形四面體，為發光中心，所以CaWO₄能發光，答：WO₄^2-為變形的扁平狀變形四面體，為發光中心．

點評：本題主要考查了晶胞的結構，涉及四方晶系，對學生的空間想象力要求較高，難度較大．