Question

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

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

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

（3）FeCl3和LiFePO4中的鐵元素顯+3、+2價，請從原子結構角度解釋Fe為何能顯+3、+2價_______。

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

（5）NH4H2PO4中，NH4+的空間構型為_______。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構（見圖），晶胞中鋰的配位數為_______。若晶胞邊長為a pm，則鋰原子的半徑r為_______ pm。

Answer 1

【答案】1s22s1 L O>C>Li Fe的價電子排布為3d64s2其4s上的兩個電子易失去而顯+2價，3d上再失去1個電子后成半充滿狀態，所以可顯+3價 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的原子序數為3，根據核外電子排布規律答題；

(2)根據元素周期律答題；

(3)根據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，熔沸點升高；

(5)根據價層電子對互斥理論判斷其空間構型

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

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

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

(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，熔沸點升高，答案為苯胺分子之間存在氫鍵；

(5)NH4＋中N原子價層電子對個數=，且不含孤對電子，根據價層電子對互斥理論判斷其空間構型為正四面體；

等電子體是指價電子數和原子數相同的分子、離子或原子團；PO43-中含有5個電子，5＋6×4＋3=32個價電子，則等電子體可以為CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；

PO43-中P原子價層電子對個數=，則P原子雜化軌道類型為sp3；

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

根據密堆積形式，可知4r等于體對角線；則。