Question

【題目】鋰離子電池是現(xiàn)代高性能電池的代表，高性能的電極材料與物質(zhì)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

(l) LiFePO4因具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而成為新一代正極材料，這與PO43-的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，PO43-的立體構(gòu)型為____。P、O、S的電負(fù)性從大到小的順序?yàn)?/span>______________

(2)通常在電極材料表面進(jìn)行“碳”包覆處理以增強(qiáng)其導(dǎo)電性。抗壞血酸常被用作碳包覆的碳源，其易溶于水的原因是 ___，抗壞血酸中碳原子的雜化方式為 ___，1mol抗壞血酸中手性碳原子的數(shù)目為______

(3) Li+過(guò)度脫出易導(dǎo)致鋰電池結(jié)構(gòu)坍塌產(chǎn)生O2而爆炸，實(shí)驗(yàn)證實(shí)O2因具有單電子而成為順磁性分子，下列結(jié)構(gòu)式（黑點(diǎn)代表電子）中最有可能代表O2分子結(jié)構(gòu)的是____（填標(biāo)號(hào)）。

A.

B.

C.

D.

(4)目前最常用的電極材料有鋰鈷復(fù)合氧化物和石墨。

①鋰鈷復(fù)合氧化物中Li、Co、O分別形成了六邊層狀結(jié)構(gòu)（圖a），按照Li-O-Co-O-Li–O-Co-O- Li--順序排列，則該化合物的化學(xué)式為____，Co3+的價(jià)層電子排布式為_____。

②石墨晶胞（圖b）層間距為d pm，C—C鍵長(zhǎng)為a pm，石墨晶體的密度為p g/cm3，列式表示阿伏加德羅常數(shù)為____mol-l。

Answer 1

【答案】正四面體 O>S>P 分子中含有多個(gè)羥基，可與水分子間形成氫鍵 sp2、sp3 2NA B LiCoO2 3d6

【解析】

(l) 根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，計(jì)算磷酸根離子的價(jià)電子對(duì)數(shù)，找出PO43-空間構(gòu)型，P、O、S的電負(fù)性從大到小的順序按非金屬性強(qiáng)弱和電負(fù)性大小之間的關(guān)系來(lái)回答；

(2)抗壞血酸易溶于水的原因從影響溶解性的因素——含羥基及其與水的作用來(lái)分析，抗壞血酸中碳原子的雜化方式從碳碳鍵角度分析，1mol抗壞血酸中手性碳原子的數(shù)目結(jié)合定義和圖示結(jié)構(gòu)判斷；

(3)結(jié)合信息和示意圖選擇判斷；

(4)結(jié)合①鋰鈷復(fù)合氧化物中Li、Co、O分別形成了六邊層狀結(jié)構(gòu)（圖a），用均攤法計(jì)算晶胞內(nèi)的原子數(shù)，求該化合物的化學(xué)式，鈷的原子序數(shù)為27，則按電子排布規(guī)律可寫(xiě)Co3+的價(jià)層電子排布式；

②已知石墨晶胞（圖b）層間距為d pm，C—C鍵長(zhǎng)為a pm，按晶胞的密度等于晶體的密度為p g/cm3，列式求阿伏加德羅常數(shù)；

(l) PO43-中P原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù) 且不含孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷空間構(gòu)型為正四面體結(jié)構(gòu)；

答案為：正四面體；

元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性越大，則電負(fù)性O>S>P；

答案為：O>S>P；

(2)抗壞血酸碳原子數(shù)目相對(duì)較少，但分子內(nèi)含4個(gè)羥基，可與水分子間形成氫鍵，因此它易溶于水；

答案為：分子中含有多個(gè)羥基，可與水分子間形成氫鍵；

分子內(nèi)有碳碳單鍵、對(duì)應(yīng)碳原子sp3雜化方式，也有碳碳雙鍵，對(duì)應(yīng)碳原子sp2雜化方式；

答案為：sp2、sp3；

與四個(gè)不同的原子或原子團(tuán)相連的碳原子稱(chēng)為手性碳原子，由圖知，1個(gè)抗壞血酸分子中含2個(gè)手性碳原子，則1mol抗壞血酸中手性碳原子的數(shù)目為2NA；

答案為：2NA；

(3)結(jié)合信息：O2因具有單電子而成為順磁性分子，從示意圖知B結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵有3電子，B有單電子，B滿(mǎn)足；

答案為：B；

(4) 鋰鈷復(fù)合氧化物中Li、Co、O分別形成了六邊層狀結(jié)構(gòu)（圖a），整個(gè)六棱柱結(jié)構(gòu)中：Li個(gè)數(shù)為：個(gè)，Co個(gè)數(shù)為：，O個(gè)數(shù)為： 則，Li、Co和O個(gè)數(shù)比為1：1：2，化學(xué)式為LiCoO2；

答案為：LiCoO2；

鈷的原子序數(shù)為27，Co3+有24個(gè)電子，電子排布式為[Ar] 3d6，其價(jià)層電子排布式為3d6；

答案為：3d6；

石墨晶胞中碳原子數(shù)目= ，故晶胞的質(zhì)量= ，層內(nèi)（平行四邊形）C—C鍵長(zhǎng)為a pm=，底面的邊長(zhǎng)為，底面上的高為 底面的邊長(zhǎng)=，層間距為d pm，則晶胞的體積=××=，則該晶胞的密度，則NA=；

答案為： 。