Question

【題目】2019年6月6日，工信部正式向四大運營商頒發了5G商用牌照，揭示了我國5G元年的起點。通信用鋰離子電池般需要體積小、重量輕、高溫性能突出、可高倍率充放電、綠色環保等眾多優點。請回答下列問題：

（1）LiCoO2、LiFePO4 常用作鋰離子電池的正極材料。基態Fe原子的價電子排布式為___基態Co原子核外電子的空間運動狀態有_______種。

（2）PO43-的空間構型是______，寫出與其互為等電子體的一種陰離子______，基態P原子的第一電離能為什么比基態S原子的第一電離能大：______。

（3）現有化學式為Co(NH3)5Cl3的配合物，1mol 該物質最多可以與2molAgNO3反應，則該配合物中鈷的配位數為______， 配體中N的雜化方式為_____，1mol 該配合物中含δ鍵數目為______NA。

（4）FeO是離子晶體，其晶格能可通過下圖的Bom-Haber循環計算得到。氣態電中性基態原子獲得一個電子變為氣態一價負離子放出的能量叫做第一電子親和能，由圖可知O原子的第一電子親和能為_____kJ·mol-1, FeO晶格能為_____kJ·mol-1。

（5）單質鋰晶體的結構如下圖，晶胞中鋰的配位數為____,晶胞的空間利用率為____(用含有n的表達式即可)，若晶胞邊長為a pm, NA為阿伏加德羅常數，則金屬鋰的密度為_____ g cm-3。(寫出計算式)

Answer 1

【答案】3d64s2 15 正四面體 SO42-或ClO4-等 P原子的3p軌道是半充滿狀態，比較穩定，所以P原子的第一電離能比S的大 6 sp3 21 142 3902 8 或 或

【解析】

（1）根據構造原理， Fe26號元素，屬于第四周期第Ⅷ族，基態原子的價電子排布式為3d64s2；核外電子的空間運動狀態指的是電子軌道，基態Co原子由1s、2s、2p（3個軌道）、3s、3p（3個軌道）、3d（5個軌道）、4s，故基態Co原子核外電子的空間運動狀態有15種；

（2）根據價層電子對互斥理論，PO43-的價層電子對數為4，空間構型是正四面體；等電子體指的是原子個數相同且價電子數相同的分子或離子，故與PO43互為等電子的陰離子由SO42、S2O32、ClO4 等等（答案合理即可）；基態P原子的價電子排布3s23p3，基態S原子3s23p4，P的3p軌道處于半滿能量較低較穩定，不易失去電子，基態P原子的第一電離能比基態S原子的第一電離能大；

（3）1molCo(NH3)5Cl3配合物質最多與2molAgNO3反應，故可以寫為[Co(NH3)5Cl]Cl2，則該配合物中內界中5個氨分子和1個氯離子均為中心鈷離子的配體，故該配合物中鈷的配位數為6； 配體中N以單鍵形式與H鍵和，故雜化方式為sp3；每個該配合物中有6個配位鍵（也屬于δ鍵），每個氨分子由3個δ鍵，共含有δ鍵數目3×5+6=21，則含有1mol 該配合物中含δ鍵數目為21NA；

（4）根據第一電子親和能的定義，由圖可知氣態電中性基態氧原子O（g）得一個電子變為氣態一價負離子O（g）放出的熱量142kJ·mol-1，故O原子的第一電子親和能為142kJ·mol-1；根據定義，FeO晶格能是指在標準狀況下，使離子晶體FeO變成氣態正離子Fe2+（g）和負離子O2-（g）時所吸收的能量3902kJ·mol-1，因此由圖可知FeO晶格能為3902kJ·mol-1；

（5）單質鋰晶體是體心立方堆積，晶胞中鋰的配位數為8；根據堆積方式確定體對角線上的原子相切，故晶胞邊長a與原子半徑r的關系為a=4r，晶胞的空間利用率=100%× ==；NA為阿伏加德羅常數，由原子均攤法計算得該晶胞中有2個K原子，則晶胞的質量為2×，邊長apm=cm，故金屬鋰的密度為或。