Question

【題目】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。

(1)LiFepO4中Fe2+的價電子排布圖(軌道表達式)為___________，該電池反應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－的空間結構為___________。

(3)石墨可用作鋰離子電池的負極材料，Li+嵌人石墨的兩層間，導致石墨的層堆積方式發生改變，形成化學式為LixC6的嵌入化合物。某石墨嵌入化合物的平面結構如右圖所示，則x=___________；若每個六元環都對應一個L i+，則化學式為___________。

(4)某金屬鋰的硼氫化物是優質固體電解質，并具有高儲氫密度。陽離子為Li+，陰離子是由12個硼原子和12個氫原子所構成的離子團。陰離子在晶胞中位置如圖所示，其堆積方式為___________，Li+占據陰離子組成的所有正四面體中心，該化合物的化學式為___________(用最簡整數比表示)。假設晶胞邊長為a nm，則兩個最近的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號元素，Fe2+核外有24個電子，根據能量最低原理分析；同周期元素從左到右，第一電離能有增大的趨勢；(2)價電子對數=(中心原子價電子數+配位原子提供的電子數 離子所帶電荷數)，據此計算雜化軌道數；(3)根據石墨嵌入化合物的平面結構圖分析Li、C原子數比；(4)根據陰離子在晶胞中位置圖，判斷堆積方式；利用“均攤法”計算該化合物的化學式；根據晶胞結構分析兩個最近的Li+的距離。

(1) 鐵元素是26號元素，Fe2+核外有24個電子，根據能量最低原理，Fe2+核外電子排布是1S22S22P63S23P63d6，價電子排布圖為

；該電池反應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，所以第一電離能由大到小的順序是O>C>Li；(2)根據價電子對數=(中心原子價電子數+配位原子提供的電子數 離子所帶電荷數)，價電子對數等于其雜化軌道數，H3PO4中P原子的雜化軌道數是4，P原子雜化方式是SP3，H2CO3中C原子的雜化軌道數是3，C原子雜化方式是SP2，雜化方式不同；PO43－中P原子的雜化軌道數是4，無孤電子對，所以PO43－空間結構為正四面體；(3)根據均攤原則，每個碳環實際占用2個碳原子，每個鋰離子占用碳環是 =3，石墨嵌入化合物的Li、C原子數比為1:6，所以 中x=1；若每個六元環都對應一個L i+，則石墨嵌入化合物的Li、C原子數比為1:2，所以化學式是；(4)根據陰離子在晶胞中位置圖，陰離子在晶胞頂點和面心，所以堆積方式為面心立方堆積；根據“均攤法”，陰離子數 ，Li+占據陰離子組成的所有正四面體中心，晶胞中共8個鋰離子，故該化合物的化學式；根據晶胞結構，晶胞邊長為a nm，Li+占據陰離子組成的所有正四面體中心，晶胞邊長為a nm，所以兩個最近的Li+的距離為相鄰的兩個正四面體的體心間距（或兩個八分之一晶胞立方的體心間距），是晶胞邊長的一半，即 nm。