Question

(1)中學(xué)教材上圖示了NaCl晶體結(jié)構(gòu)，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，Ni^2＋與最鄰近O^2－的核間距離為a×10^－8 cm，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)Ni^2＋空缺，另兩個(gè)被兩個(gè)Ni^3＋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Ni^3＋與Ni^2＋的離子數(shù)之比。

 

圖3－26

Answer 1

解析：(1)，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：?

(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：?

3xmol+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)Ni²⁺相當(dāng)于2個(gè)Ni³⁺所帶正電荷?

即：去掉Ni²⁺　　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 xmol，NiO y mol，化合物Ni_0.97O共1 mol。

解得

則

答案：（1）g·cm^-3

（2）Ni³⁺與Ni²⁺的離子數(shù)之比為6∶91