Question

20．鋰的某些化合物是性能優(yōu)異的材料．請回答：
（1）如圖是某電動汽車電池正極材料的晶胞結構示意圖，其化學式為LiFePO₄，其中Feⁿ⁺的基態(tài)電子排布式為[Ar]3d⁶ ，PO₄^3-的空間構型為正四面體．
（2）Li與Na中第一電離能較小的元素是Na；LiF與NaCl晶體中熔點較高的是LiF．
（3）氮化鋰是一種良好的儲氫材料，其在氫氣中加熱時可吸收氫氣得到氨基鋰（LiNH₂）和氫化鋰，氫化鋰的電子式為Li⁺[：H]^-，上述反應的化學方程式為Li₃N+2H₂=LiNH₂+2LiH．
（4）金屬鋰為體心立方晶胞，其配位數為8；若其晶胞邊長為a pm，則鋰晶體中原子的空間占有率是68%．
（5）有機鋰試劑在有機合成中有重要應用，但極易與O₂、CO₂等反應．下列說法不正確的是C（填字母序號）．
A．CO₂中σ鍵與π鍵的數目比為1：1
B．游離態(tài)和化合態(tài)鋰元素均可由特征發(fā)射光譜檢出
C．叔丁基鋰（C₄H₉Li）中碳原子的雜化軌道類型為sp³和sp²．

Answer 1

分析 （1）根據均攤法計算晶胞中Li⁺、Feⁿ⁺、PO₄^3-離子數目，結合化合價代數和為0計算n的值，進而確定化學式，結合核外電子排布規(guī)律書寫Feⁿ⁺的核外電子排布式，PO₄^3-中P原子孤電子對數=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，價層電子對數=4+0=4，空間構型為正四面體；
（2）同主族自上而下第一電離能減小；離子所帶電荷相同，離子半徑越小，晶格能越大，離子晶體的熔沸點越高；
（3）氫化鋰屬于離子化合物，由鋰離子與氫負離子構成，氮化鋰在氫氣中加熱時可吸收氫氣得到氨基鋰（LiNH₂）和氫化鋰；
（4）金屬鋰為體心立方晶胞，體心Li原子與晶胞頂點Li原子相鄰；根據均攤法計算晶胞中Li原子數目，晶胞體對角線長度為Li原子半徑的4倍，晶胞體對角線長度為晶胞棱長的$\sqrt{3}$倍，設Li原子半徑為r，計算晶胞中含有Li原子總體積、晶胞體積，原子的空間占有率=$\frac{原子總體積}{晶胞體積}$×100%；
（5）A．CO₂的結構簡式為O=C=O，單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵；
B．每種原子都有自己的特征譜線，游離態(tài)和化合態(tài)鋰元素均可由特征發(fā)射光譜檢出；
C．叔丁基鋰（C₄H₉Li）中碳原子的雜化軌道數目均為4．

解答 解：（1）根據均攤法可知，晶胞中Li⁺數目為1+8×$\frac{1}{8}$+2×$\frac{1}{2}$+4×$\frac{1}{4}$=4，Feⁿ⁺數目為4，PO₄^3-離子數目為4，根據化合價代數和為0，可知n=2，故化學式為：LiFePO₄，Fe²⁺的核外電子排布式為[Ar]3d⁶ ，PO₄^3-中P原子孤電子對數=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，價層電子對數=4+0=4，空間構型為正四面體；
故答案為：LiFePO₄；[Ar]3d⁶ ；正四面體；
（2）同主族自上而下第一電離能減小，故第一電離能Li＞Na，離子所帶電荷相同，離子半徑Li⁺＜Na⁺、F^-＜Cl^-，故LiF的晶格能大于NaCl的，故LiF的沸點較高，
故答案為：Na；LiF；
（3）氫化鋰屬于離子化合物，由鋰離子與氫負離子構成，電子式為Li⁺[：H]^-，氮化鋰在氫氣中加熱時可吸收氫氣得到氨基鋰（LiNH₂）和氫化鋰，反應方程式為：Li₃N+2H₂=LiNH₂+2LiH，
故答案為：Li⁺[：H]^-；Li₃N+2H₂=LiNH₂+2LiH；
（4）金屬鋰為體心立方晶胞，體心Li原子與晶胞頂點Li原子相鄰，則配位數為8；算晶胞中Li原子數目為8×$\frac{1}{8}$+1=2，晶胞體對角線長度為Li原子半徑的4倍，晶胞體對角線長度為晶胞棱長的$\sqrt{3}$倍，設Li原子半徑為r，則晶胞棱長為$\frac{4r}{\sqrt{3}}$，故原子的空間占有率=$\frac{2×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$×100%=68%
故答案為：68%；
（5）A．CO₂的結構簡式為O=C=O，單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，σ鍵與π鍵的數目比為1：1
，故A正確；
B．每種原子都有自己的特征譜線，游離態(tài)和化合態(tài)鋰元素均可由特征發(fā)射光譜檢出，故B正確；
C．叔丁基鋰（C₄H₉Li）中碳原子的雜化軌道數目均為4，碳原子采取sp³雜化，故C錯誤，
故選：C．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及晶胞計算、核外電子排布、空間構型與雜化方式判斷等，（4）中空間利用率的計算為易錯點，關鍵是確定原子半徑與晶胞棱長關系．