Question

【題目】鋰離子電池是現代高性能電池的代表，高性能的電極材料與物質結構密切相關。

(l) LiFePO4因具有良好的結構穩(wěn)定性而成為新一代正極材料，這與PO43-的結構密切相關，PO43-的立體構型為____。P、O、S的電負性從大到小的順序為______________

(2)通常在電極材料表面進行“碳”包覆處理以增強其導電性。抗壞血酸常被用作碳包覆的碳源，其易溶于水的原因是 ___，抗壞血酸中碳原子的雜化方式為 ___，1mol抗壞血酸中手性碳原子的數目為______

(3) Li+過度脫出易導致鋰電池結構坍塌產生O2而爆炸，實驗證實O2因具有單電子而成為順磁性分子，下列結構式（黑點代表電子）中最有可能代表O2分子結構的是____（填標號）。

A.

B.

C.

D.

(4)目前最常用的電極材料有鋰鈷復合氧化物和石墨。

①鋰鈷復合氧化物中Li、Co、O分別形成了六邊層狀結構（圖a），按照Li-O-Co-O-Li–O-Co-O- Li--順序排列，則該化合物的化學式為____，Co3+的價層電子排布式為_____。

②石墨晶胞（圖b）層間距為d pm，C—C鍵長為a pm，石墨晶體的密度為p g/cm3，列式表示阿伏加德羅常數為____mol-l。

Answer 1

【答案】正四面體 O>S>P 分子中含有多個羥基，可與水分子間形成氫鍵 sp2、sp3 2NA B LiCoO2 3d6

【解析】

(l) 根據價層電子對互斥理論，計算磷酸根離子的價電子對數，找出PO43-空間構型，P、O、S的電負性從大到小的順序按非金屬性強弱和電負性大小之間的關系來回答；

(2)抗壞血酸易溶于水的原因從影響溶解性的因素——含羥基及其與水的作用來分析，抗壞血酸中碳原子的雜化方式從碳碳鍵角度分析，1mol抗壞血酸中手性碳原子的數目結合定義和圖示結構判斷；

(3)結合信息和示意圖選擇判斷；

(4)結合①鋰鈷復合氧化物中Li、Co、O分別形成了六邊層狀結構（圖a），用均攤法計算晶胞內的原子數，求該化合物的化學式，鈷的原子序數為27，則按電子排布規(guī)律可寫Co3+的價層電子排布式；

②已知石墨晶胞（圖b）層間距為d pm，C—C鍵長為a pm，按晶胞的密度等于晶體的密度為p g/cm3，列式求阿伏加德羅常數；

(l) PO43-中P原子價層電子對個數 且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷空間構型為正四面體結構；

答案為：正四面體；

元素的非金屬性越強，其電負性越大，則電負性O>S>P；

答案為：O>S>P；

(2)抗壞血酸碳原子數目相對較少，但分子內含4個羥基，可與水分子間形成氫鍵，因此它易溶于水；

答案為：分子中含有多個羥基，可與水分子間形成氫鍵；

分子內有碳碳單鍵、對應碳原子sp3雜化方式，也有碳碳雙鍵，對應碳原子sp2雜化方式；

答案為：sp2、sp3；

與四個不同的原子或原子團相連的碳原子稱為手性碳原子，由圖知，1個抗壞血酸分子中含2個手性碳原子，則1mol抗壞血酸中手性碳原子的數目為2NA；

答案為：2NA；

(3)結合信息：O2因具有單電子而成為順磁性分子，從示意圖知B結構中化學鍵有3電子，B有單電子，B滿足；

答案為：B；

(4) 鋰鈷復合氧化物中Li、Co、O分別形成了六邊層狀結構（圖a），整個六棱柱結構中：Li個數為：個，Co個數為：，O個數為： 則，Li、Co和O個數比為1：1：2，化學式為LiCoO2；

答案為：LiCoO2；

鈷的原子序數為27，Co3+有24個電子，電子排布式為[Ar] 3d6，其價層電子排布式為3d6；

答案為：3d6；

石墨晶胞中碳原子數目= ，故晶胞的質量= ，層內（平行四邊形）C—C鍵長為a pm=，底面的邊長為，底面上的高為 底面的邊長=，層間距為d pm，則晶胞的體積=××=，則該晶胞的密度，則NA=；

答案為： 。