Question

【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三位開發(fā)鋰離子電池的科學(xué)家。TiS2、LiCoO2、LiFePO4、LiMnO2、Cu與磷的化合物等都是研究電池的常用材料。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。

（1）Co4+中存在__種不同能量的電子。

（2）你預(yù)測(cè)第一電離能：Cu__Zn(填“＞”或“＜”)。請(qǐng)說(shuō)出你的理由：__。

（3）已知下列化合物的熔點(diǎn)：

化合物	AlF3	GaF3	AlCl3
熔點(diǎn)/℃	1040	1000	194

表格中鹵化物的熔點(diǎn)產(chǎn)生差異的原因是：___。

（4）直鏈多磷酸鹽的陰離子有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，焦磷酸根離子、三磷酸根離子結(jié)構(gòu)如圖：

這類磷酸根離子的化學(xué)式可用通式表示為___(用n代表P原子數(shù))。

（5）鈷藍(lán)晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，該立方晶胞由4個(gè)Ⅰ型和4個(gè)Ⅱ型小立方體構(gòu)成如圖2，則鈷藍(lán)晶體的化學(xué)式為___。在晶體中，某些原子位于其它原子圍成的空隙中，如圖3中●原子就位于最近的4個(gè)原子圍成的正四面體空隙中。在鈷藍(lán)晶體中，Al3+位于O2-形成的___空隙中。若阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，則鈷藍(lán)晶體的密度為___g·cm-3(列計(jì)算式即可，不必化簡(jiǎn))。

Answer 1

【答案】6 < 由于銅的核電荷數(shù)比鋅小，原子半徑比鋅大，并且最外層是不穩(wěn)定的4s1結(jié)構(gòu)，而鋅是相對(duì)穩(wěn)定的4s2結(jié)構(gòu)。所以氣態(tài)銅易失去一個(gè)電子，即第一電離能較低 AlF3與GaF3為離子晶體，AlCl3為分子晶體，離子晶體的熔點(diǎn)高于分子晶體，又由于Al3+半徑小于Ga3+，離子鍵較強(qiáng)（晶格能較大），所以有熔點(diǎn)AlF3>GaF3>AlCl3 (PnO3n＋1)(n＋2)-或PnO3n＋1(n＋2)- CoAl2O4 八面體

【解析】

（1）不同能級(jí)的電子能量不同；

（2）原子軌道處于全滿、半滿、全空時(shí)為穩(wěn)定狀態(tài)；

（3）AlF3、GaF3為離子晶體，Al3+半徑小于Ga3+，AlCl3為分子晶體；

（4）根據(jù)焦磷酸根離子、三磷酸根離子結(jié)構(gòu)，重復(fù)單元為；

（5）根據(jù)均攤原則計(jì)算晶胞的化學(xué)式；；

（1）不同能級(jí)的電子能量不同；Co4+的核外電子排布式是1s22s2sp63s23p63d5，存在6種不同能量的電子；

（2）Cu核外電子排布式是1s22s2sp63s23p63d104s1 ，Zn核外電子排布式是1s22s2sp63s23p63d104s2，由于銅的核電荷數(shù)比鋅小，原子半徑比鋅大，并且最外層是不穩(wěn)定的4s1結(jié)構(gòu)，而鋅是相對(duì)穩(wěn)定的4s2結(jié)構(gòu)。所以氣態(tài)銅易失去一個(gè)電子，即第一電離能較低；

（3）AlF3與GaF3為離子晶體，AlCl3為分子晶體，離子晶體的熔點(diǎn)高于分子晶體，又由于Al3+半徑小于Ga3+，離子鍵較強(qiáng)（晶格能較大），所以有熔點(diǎn)AlF3>GaF3>AlCl3；

（4）根據(jù)焦磷酸根離子、三磷酸根離子結(jié)構(gòu)，重復(fù)單元為，所以氧原子數(shù)是磷原子數(shù)的3倍加1，電荷數(shù)是磷原子數(shù)加2；所以這類磷酸根離子的化學(xué)式可用通式表示為(PnO3n＋1)(n＋2)-；

（5）Ⅰ型立體結(jié)構(gòu)含有Co原子數(shù)是 、O原子數(shù)是4，Ⅱ型小立方體含有Co原子數(shù)是 、O原子數(shù)是4、Al原子數(shù)是4，該立方晶胞由4個(gè)Ⅰ型和4個(gè)Ⅱ型小立方體構(gòu)成，所以1個(gè)晶胞含有Co原子數(shù)是8、O原子數(shù)是32、Al原子數(shù)是16，鈷藍(lán)晶體的化學(xué)式為CoAl2O4；根據(jù)圖示，在鈷藍(lán)晶體中，Al3+位于O2-形成的八面體空隙中；晶胞中含有Co原子數(shù)是8、O原子數(shù)是32、Al原子數(shù)是16，晶胞的體積是 ，所以密度是。