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阳离子空位与氧空位的关联

(2017-03-25 10:24:42)
分类: 学习考试

已知FexO晶体的晶胞结构为NaCl型。由于晶体缺陷,x的值小于1.测知FexO晶体密度ρ为5.719 g.cm-3,晶胞边长为4.28×10-10m(铁的原子量为55.9,氧原子量为16)。

求:(1FexOx的值,并写出其化学式;

 2)晶体中FeFe2+Fe3+的混合体,求其中Fe2+在总铁中所占的分数。

   这是一道高中化学题目,其解法如下:

析:NaCl晶胞图如下

http://img.ph.126.net/0mUsUUKBMifqe1jsUefiHQ==/1575415444666385078.jpg

图1NaCl晶胞 黑球Na+分布在立方体的体心和12条棱的中心,因此一个NaCl晶胞中含Na+个数为:1+12×1/4=4;同理白球分布在立方体的8个角顶和6个面心位置,因此一个NaCl晶胞中含Cl-个数为: 8×1/86×1/2=4。即一个FexO晶胞中含有Fe离子和氧离子各为4个。

解:(1FexO晶胞的密度

http://img.ph.126.net/uUhdQPItpWgK4KL_GYSDNg==/1353613163018388585.jpg

 

由上可得:x=0.922

即所求化学式为:Fe0.922O

2)设:Fe2+在总铁(0.922)中所占的分数为a,则Fe3+在总铁中所占的分数为0.922-a;由电中性原则可得

  2a+3(0.922-a)=2

解之得:a=0.765,即Fe2+在总铁中所占的分数为:0.765/0.922×100%=82.9%

此题中出现两个问题:

a.       什么是阳离子空缺?

    上题,x=0.922<1,化学式为:Fe0.922O。一个FexO晶胞中含有Fe离子和氧离子应该各为4个,实际上Fe的数目小于4个,这种情况就是典型的阳离子空缺;这类物质也属于“非整比化合物”。

b.       存在阳离子空缺物质,通过什么来维持本身的电中性?

    题目是通过体系自发调整铁的价态来维持基体电中性,也正是通过这个原理,可求出Fe2+在总铁中所占的分数为82.9%实际上还可以通过增加氧空缺这种方式来满足基体电中性,通常情况下,阳离子空缺总是与氧空缺一起出现。

    可以通过什么方法进行验证呢?即通过什么手段可以检测Fe0.922OFe的价态?或者检测出其中是否真的存在氧空缺?

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