Question

(1)中學(xué)教材中圖示了NaCl晶體結(jié)構(gòu)（如圖），它向三維空間延伸到完美晶體。NiO (氧化鎳)晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni²⁺與最鄰近O^2-的核間距離為a×10^-8cm，計(jì)算NiO晶體的密度(已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7 g·mol^-1)。

(2)天然的和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某種NiO晶體中就存在如圖所示的缺陷：一個(gè)Ni²⁺空缺，另兩個(gè)被兩個(gè)Ni³⁺所取代，但晶體仍呈現(xiàn)電中性，只是化合物中Ni和O的比值發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成為Ni_0.97O，試計(jì)算該晶體中Ni³⁺與Ni²⁺的離子數(shù)之比。

Answer 1

解析：(1)密度=，選取體積有不同方法，可選取晶體中最小的重復(fù)結(jié)構(gòu)單位（即晶胞）為研究對(duì)象，也可選取晶體中1 cm³空間為研究對(duì)象，求出對(duì)應(yīng)體積中NiO的物質(zhì)的量、質(zhì)量，從而求出密度。主要解題步驟如下：

    1 cm³該晶體中陰、陽(yáng)離子總數(shù)=。

    1 cm³中Ni²⁺—O^2-離子對(duì)數(shù)=。

    密度=。

    (2)解法一：電荷守恒法：

    設(shè)1 mol Ni_0.97O中含Ni³⁺x mol，Ni²⁺(0.97-x)mol根據(jù)電中性：

    3x mol+2×(0.97-x)mol=2×1 mol

    x=0.06，Ni²⁺為(0.97-x)mol=0.91 mol

    離子數(shù)之比為Ni³⁺：Ni²⁺=0.06∶0.91=6∶91。

    解法二：差量比例法：

    將化學(xué)式放大100倍為Ni₉₇O₁₀₀。

    根據(jù)題意：每3個(gè)Fe²⁺相當(dāng)于2個(gè)Fe³⁺所帶正電荷，

    即：去掉      增加Ni³⁺      空缺

         3            2           1

         9    ←      6      ←   3

    則每97個(gè)Ni中含有Ni³⁺6個(gè)，Ni²⁺91個(gè)。

    則。

    解法三：列方程組法：

    設(shè)有a個(gè)Ni³⁺，b個(gè)Ni²⁺，c個(gè)O。

   

    解得：a∶b=6∶91

   解法四：把晶體看作Ni₂O₃和NiO兩種成分組成。設(shè)Ni₂O₃ x mol，NiO y mol，化合物Ni_0.97O共1 mol

   

    解得，則。