Question

【題目】LiCoO2用途廣泛，如可作為鋰離子電池的電極。回答下列問(wèn)題。

(1)在周期表中，與Li的化學(xué)性質(zhì)最相似的鄰族元素是_________，該元素基態(tài)原子核外M層電子的自旋狀態(tài)_________（填“相同”或“相反”）。

(2)[Co(NH3)6]Cl3是橙黃色晶體，該配合物中提供空軌道接受孤對(duì)電子的微粒是___，配體分子的價(jià)層電子對(duì)互斥模型為___，寫(xiě)出一種與配體分子互為等電子體的分子_________（填分子式）。

(3)某鈷化合物納米粉可以提高堿性電池的性能。該化合物晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則該鈷化合物的化學(xué)式為______，與Co原子等距離且最近的O原子個(gè)數(shù)為______。

(4)Li還可形成多種物質(zhì)。二異丙基胺基鋰()是有機(jī)合成中常用的物質(zhì)，氮原子的雜化方式為_________。Li+可以鑲嵌在C60中，形成的[LiC60]PF6與NaCl具有類(lèi)似的晶胞結(jié)構(gòu)，下面是從某晶體結(jié)構(gòu)中分割出來(lái)的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從[LiC60]PF6晶體中分割出來(lái)的結(jié)構(gòu)圖是___。

(5)金屬鋰晶體的結(jié)構(gòu)為體心立方密堆積，晶胞邊長(zhǎng)為351 pm，則鋰晶體中原子的空間利用率為_________(列出含π的計(jì)算式)。

Answer 1

【答案】Mg 相反 Co3+ 四面體形 PH3（或AsH3） CoTiO3 12 sp3 AD ×100%

【解析】

(1)根據(jù)對(duì)角線法則分析；

(2)在配位化合物中，配位體提供孤對(duì)電子，中心離子提供空軌道；根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷配位體的空間構(gòu)型，根據(jù)等電子體概念書(shū)寫(xiě)其相應(yīng)的等電子體化學(xué)式；

(3)用均攤方法計(jì)算一個(gè)晶胞中含有的各種元素的原子數(shù)目，得到其化學(xué)式，根據(jù)空間分布計(jì)算一個(gè)Co原子等距離且最近的O原子個(gè)數(shù)；

(4)結(jié)合原子形成的軌道數(shù)目分析計(jì)算；結(jié)合NaCl的晶體結(jié)構(gòu)分析判斷；

(5)Li為體心立方結(jié)構(gòu)，先計(jì)算出1個(gè)晶胞中含有的Li的原子數(shù)目，再根據(jù)晶胞體積及Li原子的體積計(jì)算鋰晶體中原子的空間利用率。

(1)在周期表中，與Li的化學(xué)性質(zhì)最相似的鄰族元素是Mg，Mg是12號(hào)元素，原子核外電子排布為2、8、2，所以在價(jià)態(tài)Mg原子核外M層上有2個(gè)電子在同一軌道上，自旋方向相反；

(2)在配位化合物[Co(NH3)6]Cl3中，中心離子Co3+提供空軌道，接受孤電子對(duì)，配位體NH3的N原子提供孤電子對(duì)，NH3的中心原子N原子形成3個(gè)N-H鍵，還有一對(duì)孤對(duì)電子，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+1=4，NH3的價(jià)層電子對(duì)互斥模型為四面體形；與NH3互為等電子體的分子為PH3或AsH3；

(3)根據(jù)物質(zhì)的晶胞結(jié)構(gòu)可知，Ti在晶體內(nèi)，在一個(gè)晶胞中含有Ti原子1個(gè)；Co原子位于晶胞的頂點(diǎn)上，1個(gè)晶胞中含有的Co原子數(shù)目為8×=1，O原子在晶胞各個(gè)面的面心上，含有的O原子數(shù)目為6×=3，所以該晶體化學(xué)式為CoTiO3；在CoTiO3晶體中，1個(gè)Co原子周?chē)�等距離且最近的O原子個(gè)數(shù)為(3×8)÷2=12個(gè)；

(4)N原子形成了3個(gè)共價(jià)鍵，還有1對(duì)孤對(duì)電子，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+1=4，所以雜化軌道類(lèi)型為sp3雜化；在NaCl晶體中1個(gè)Na+周?chē)��?/span>6個(gè)Cl-，1個(gè)Cl-周?chē)��?/span>6個(gè)Na+。[LiC60]PF6與NaCl具有類(lèi)似的晶胞結(jié)構(gòu)，所以1個(gè)[LiC60]+周?chē)��?/span>6個(gè)PF6-，1個(gè)PF6-周?chē)��?/span>6個(gè)[LiC60]+，故合理選項(xiàng)是AD；

(5)金屬鋰晶體的結(jié)構(gòu)為體心立方密堆積，在一個(gè)晶胞中含有的Li原子個(gè)數(shù)為8×+1=2，Li晶胞邊長(zhǎng)為351 pm，則Li原子半徑r=×351 pm，因此2個(gè)Li原子所占體積V(Li)=2×πr3=2×π，晶胞的體積V(晶胞)=，所以Li晶胞中原子的空間占有率為×100%。