Question

磷酸亞鐵鋰（LiFePO₄）電池具有安全性高、壽命長、容量大高溫性能好、無記憶效應和無污染等特點．
（1）寫出基態Fe²⁺的核外電子排布式

 

．
（2）PO₄^3-的空間構型為

 

．
（3）磷酸亞鐵鋰（LiFePO₄）可以由磷酸二氫鋰、三氧化二鐵和過量炭粉在高溫下制備，反應產物還有CO和H₂O．
①該反應的化學方程式為

 

．
②與CO互為等電子體的一種分子為

 

（填化學式），1mol CO中含有的σ鍵數目為

 

．
③H₂O分子中氧原子軌道的雜化類型為

 

．
（4）鐵有δ、γ、α三種同素異形體，γ晶體晶胞中所含有的鐵原子數為

 

，δ、α兩種晶胞中鐵原子的配位數之比為

 

．

Answer 1

考點：晶胞的計算,原子核外電子排布,共價鍵的形成及共價鍵的主要類型,判斷簡單分子或離子的構型,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：化學鍵與晶體結構

分析：（1）鐵是26號元素，其原子核外有26個電子，鐵原子失去2個電子變成Fe²⁺，根據構造原理書寫Fe²⁺核外電子排布式；
（2）根據價層電子對互斥理論確定PO₄^3-的空間型；
（3）①根據題中的反應物和生成物利用元素守恒和電荷守恒寫出化學方程式；
②根據等電子體的定義：原子數和價電子數都相等的粒子稱為等電子體，可寫出CO的等電子體，互為等電子體的結構相似，判斷σ鍵數目；
③根據水的中心原子的價電子對數判斷雜化方式；
（4）利用均攤法計算原子數；根據晶胞的結構確定配位數目，再求得配位數之比；

解答： 解：（1）鐵是26號元素，其原子核外有26個電子，鐵原子失去最外層2個電子變成Fe²⁺，根據構造原理知，其基態離子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶ 或[Ar]3d⁶，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶ 或[Ar]3d⁶；
（2）PO₄^3-中心原子為P，其中σ鍵電子對數為4，中心原子孤電子對數為

1

2

（5+3-4×2）=0，PO₄^3-價層電子對對數為4+0=4，故立體構型為正四面體，故答案為：正四面體；
（3）①根據題中的反應物和生成物利用元素守恒和電荷守恒寫出化學方程式為2LiH₂PO₄+Fe₂O₃+C=2LiFePO₄ +CO↑+2H₂O，故答案為：2LiH₂PO₄+Fe₂O₃+C=2LiFePO₄ +CO↑+2H₂O；
②根據等電子體的定義：原子數和價電子數都相等的粒子稱為等電子體，CO的價電子數為10，原子數為2，與它互為等電子體的分子為N₂，互為等電子體的結構相似，N₂中σ鍵數目為1，所以1mol CO中含有的σ鍵數目為1mol（或6.02×10²³個）故答案為：N₂；1mol（或6.02×10²³個）；
③根據水的中心原子的氧原子的價電子對數為

6+2

2

=4，所以氧原子的雜化方式為sp³雜化，故答案為：sp³；
（4）利用均攤法計算得γ晶體晶胞中所含有的鐵原子數為8×

1

8

+6×

1

2

=4；根據晶胞的結構可知，δ晶胞中以頂點鐵原子為例，與之距離最近的鐵原子是體心上的鐵原子，這樣的原子有8個，所以鐵原子的配位數為8，α晶胞中以頂點鐵原子為例，與之距離最近的鐵原子是與之相連的頂點上的鐵原子，這樣的原子有6個，所以鐵原子的配位數為6，所以δ、α兩種晶胞中鐵原子的配位數之比為8：6=4：3，故答案為：4：4：3；

點評：本題主要考查了原子核外電子排布式、分子空間構型、原子雜化方式、晶胞的結構計算等知識點，中等難度，解題時注重基礎知識的運用．