Question

【題目】2019年10月9日諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予對(duì)鋰電池方面研究有貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家。磷酸鐵鋰電池是綠色環(huán)保型電池，電池的總反應(yīng)為：Li1-xFePO4+LixC6= LiFePO4+C6。磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）可用作鋰離子電池正極材料，文獻(xiàn)報(bào)道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作為原料制備。

（1）基態(tài)Li原子中，核外電子排布式為_______，占據(jù)的最高能層的符號(hào)是_______。

（2）該電池總反應(yīng)中涉及第二周期的元素的第一電離能由大到小的順序是_______（用元素符號(hào)表示）。

（3）FeCl3和LiFePO4中的鐵元素顯+3、+2價(jià)，請(qǐng)從原子結(jié)構(gòu)角度解釋Fe為何能顯+3、+2價(jià)_______。

（4）苯胺（）與甲苯（）的相對(duì)分子質(zhì)量相近，但苯胺的熔點(diǎn)（5.9℃）、沸點(diǎn)（184.4℃）分別高于甲苯的熔點(diǎn)（95.0℃）、沸點(diǎn)（110.6℃）， 原因是_______。

（5）NH4H2PO4中，NH4+的空間構(gòu)型為_______。與PO43-互為等電子體的分子或離子有_______（寫兩種），PO43-中磷原子雜化軌道類型為_______。

（6）鋰晶體為A2型密堆積即體心立方結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖），晶胞中鋰的配位數(shù)為_______。若晶胞邊長(zhǎng)為a pm，則鋰原子的半徑r為_______ pm。

Answer 1

【答案】1s22s1 L O>C>Li Fe的價(jià)電子排布為3d64s2其4s上的兩個(gè)電子易失去而顯+2價(jià)，3d上再失去1個(gè)電子后成半充滿狀態(tài)，所以可顯+3價(jià) 苯胺分子之間存在氫鍵 正四面體 CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等 sp3 8

【解析】

(1)Li的原子序數(shù)為3，根據(jù)核外電子排布規(guī)律答題；

(2)根據(jù)元素周期律答題；

(3)根據(jù)Fe的核外電子排布，可以解釋Fe3＋和Fe2＋的存在；

(4)氨基可以形成氫鍵，使得分子間作用力增大，熔沸點(diǎn)升高；

(5)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷其空間構(gòu)型

(1)Li的原子序數(shù)為3，其核外電子排布為1s22s1，占據(jù)的最高能層為第二層，即L層；

(2)該電池總反應(yīng)中涉及的第二周期的元素包括了Li、C、O，從周期從左到右，第一電離能越來(lái)越大，若有半滿或者全滿結(jié)構(gòu)，電離能比相鄰元素的電離能大，則電離能由大到小的順序?yàn)?/span>O>C>Li；

(3) Fe的價(jià)電子排布為3d64s2其4s上的兩個(gè)電子易失去而顯+2價(jià)，3d上再失去1個(gè)電子后成半充滿狀態(tài)，更加穩(wěn)定，所以可顯+3價(jià)；

(4) 苯胺中存在的—NH2，可以形成分子間氫鍵，使得分子間作用力變大，熔沸點(diǎn)升高，答案為苯胺分子之間存在氫鍵；

(5)NH4＋中N原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=，且不含孤對(duì)電子，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷其空間構(gòu)型為正四面體；

等電子體是指價(jià)電子數(shù)和原子數(shù)相同的分子、離子或原子團(tuán)；PO43-中含有5個(gè)電子，5＋6×4＋3=32個(gè)價(jià)電子，則等電子體可以為CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；

PO43-中P原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=，則P原子雜化軌道類型為sp3；

(5)根據(jù)示意圖，晶胞中Li原子與它等距最近的原子，有8個(gè)，如體心的Li原子，與它等距的8個(gè)Li原子，位于8個(gè)頂點(diǎn)；

根據(jù)密堆積形式，可知4r等于體對(duì)角線；則。