Question

【題目】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。

(1)LiFepO4中Fe2+的價(jià)電子排布圖(軌道表達(dá)式)為___________，該電池反應(yīng)物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)。

(2)H3PO4和H2CO3中P和C原子的雜化方式_____(填“相同”或“不相同”)。PO43－的空間結(jié)構(gòu)為___________。

(3)石墨可用作鋰離子電池的負(fù)極材料，Li+嵌人石墨的兩層間，導(dǎo)致石墨的層堆積方式發(fā)生改變，形成化學(xué)式為L(zhǎng)ixC6的嵌入化合物。某石墨嵌入化合物的平面結(jié)構(gòu)如右圖所示，則x=___________；若每個(gè)六元環(huán)都對(duì)應(yīng)一個(gè)L i+，則化學(xué)式為___________。

(4)某金屬鋰的硼氫化物是優(yōu)質(zhì)固體電解質(zhì)，并具有高儲(chǔ)氫密度。陽(yáng)離子為L(zhǎng)i+，陰離子是由12個(gè)硼原子和12個(gè)氫原子所構(gòu)成的離子團(tuán)。陰離子在晶胞中位置如圖所示，其堆積方式為___________，Li+占據(jù)陰離子組成的所有正四面體中心，該化合物的化學(xué)式為___________(用最簡(jiǎn)整數(shù)比表示)。假設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為a nm，則兩個(gè)最近的Li+的距離為___________nm。

Answer 1

【答案】 O>C>Li 不相同 正四面體 1 面心立方堆積

【解析】

(1) 鐵元素是26號(hào)元素，F(xiàn)e2+核外有24個(gè)電子，根據(jù)能量最低原理分析；同周期元素從左到右，第一電離能有增大的趨勢(shì)；(2)價(jià)電子對(duì)數(shù)=(中心原子價(jià)電子數(shù)+配位原子提供的電子數(shù) 離子所帶電荷數(shù))，據(jù)此計(jì)算雜化軌道數(shù)；(3)根據(jù)石墨嵌入化合物的平面結(jié)構(gòu)圖分析Li、C原子數(shù)比；(4)根據(jù)陰離子在晶胞中位置圖，判斷堆積方式；利用“均攤法”計(jì)算該化合物的化學(xué)式；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)分析兩個(gè)最近的Li+的距離。

(1) 鐵元素是26號(hào)元素，F(xiàn)e2+核外有24個(gè)電子，根據(jù)能量最低原理，F(xiàn)e2+核外電子排布是1S22S22P63S23P63d6，價(jià)電子排布圖為

；該電池反應(yīng)物中涉及第二周期的元素有Li、C、O，同周期元素從左到右，第一電離能有增大的趨勢(shì)，所以第一電離能由大到小的順序是O>C>Li；(2)根據(jù)價(jià)電子對(duì)數(shù)=(中心原子價(jià)電子數(shù)+配位原子提供的電子數(shù) 離子所帶電荷數(shù))，價(jià)電子對(duì)數(shù)等于其雜化軌道數(shù)，H3PO4中P原子的雜化軌道數(shù)是4，P原子雜化方式是SP3，H2CO3中C原子的雜化軌道數(shù)是3，C原子雜化方式是SP2，雜化方式不同；PO43－中P原子的雜化軌道數(shù)是4，無(wú)孤電子對(duì)，所以PO43－空間結(jié)構(gòu)為正四面體；(3)根據(jù)均攤原則，每個(gè)碳環(huán)實(shí)際占用2個(gè)碳原子，每個(gè)鋰離子占用碳環(huán)是 =3，石墨嵌入化合物的Li、C原子數(shù)比為1:6，所以 中x=1；若每個(gè)六元環(huán)都對(duì)應(yīng)一個(gè)L i+，則石墨嵌入化合物的Li、C原子數(shù)比為1:2，所以化學(xué)式是；(4)根據(jù)陰離子在晶胞中位置圖，陰離子在晶胞頂點(diǎn)和面心，所以堆積方式為面心立方堆積；根據(jù)“均攤法”，陰離子數(shù) ，Li+占據(jù)陰離子組成的所有正四面體中心，晶胞中共8個(gè)鋰離子，故該化合物的化學(xué)式；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)，晶胞邊長(zhǎng)為a nm，Li+占據(jù)陰離子組成的所有正四面體中心，晶胞邊長(zhǎng)為a nm，所以兩個(gè)最近的Li+的距離為相鄰的兩個(gè)正四面體的體心間距（或兩個(gè)八分之一晶胞立方的體心間距），是晶胞邊長(zhǎng)的一半，即 nm。