Question

【題目】（物質結構與性質）

硅電池、鋰離子電池都是現代高性能電池的代表，高性能的電極材料與物質結構密切相關。

(l) LiFePO4因具有良好的結構穩定性而成為新一代正極材料，這與PO43-的結構密切相關，PO43-的立體構型為____。P、O、S的電負性從大到小的順序為______________

(2)通常在電極材料表面進行“碳”包覆處理以增強其導電性。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目為______。(取材于選修3課本51頁)。

(3) Li+過度脫出易導致鋰電池結構坍塌產生O2而爆炸，實驗證實O2因具有單電子而成為順磁性分子，下列結構式(黑點代表電子)中最有可能代表O2分子結構的是____(填標號)。

A． B． C． D．

(4)目前最常用的電極材料有鋰鈷復合氧化物和石墨。

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

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

(5)硅酸鹽中Si元素一般顯+4價，如下圖所示是一種無限長單鍵的多聚硅酸根離子的結構，其中“”表示Si原子，“”表示氧原子，則該長鏈硅酸根離子的通式為________________________。

Answer 1

【答案】正四面體 O>S>P 分子中含有多個羥基，可與水分子間形成氫鍵 sp2、sp3 2NA B LiCoO2 3d6 (SinO3n+1)(2n+2)-

【解析】

(1)PO43-中P原子價層電子對個數=4，且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷空間構型；元素的非金屬性越強，其電負性越大；

(2)根據抗壞血酸分子內含基，可與水分子間形成氫鍵判斷；根據分子內有碳原子連接方式判斷雜化方式；與四個不同的原子或原子團相連的碳原子稱為手性碳原子；

(3)結合信息：O2因具有單電子而成為順磁性分子，從示意圖知B結構中化學鍵有3電子，B有單電子；

(4)①根據結構示意圖判斷Li、Co和O個數比，進而得到化學式；鈷的原子序數為27，Co3+有24個電子，電子排布式為[Ar]3d6；

②計算石墨晶胞中碳原子數目，進而求出晶胞的質量，根據圖中信息求出晶胞的體積，應用晶胞的密度進行求算；

(5)根據圖示找出規律，然后推斷硅原子數目為n時含有的氧原子數目及所帶電荷數，從而確定其化學式。

(1)PO43-中P原子價層電子對個數=4，且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷空間構型為正四面體結構；元素的非金屬性越強，其電負性越大，則電負性O＞S＞P；故答案為：正四面體；O＞S＞P；

(2)抗壞血酸碳原子數目相對較少，但分子內含4個羥基，可與水分子間形成氫鍵，因此它易溶于水；分子內有碳碳單鍵、對應碳原子sp3雜化方式，也有碳碳雙鍵，對應碳原子sp2雜化方式；與四個不同的原子或原子團相連的碳原子稱為手性碳原子，由圖知，1個抗壞血酸分子中含2個手性碳原子，則1mol抗壞血酸中手性碳原子的數目為2NA；故答案為：分子中含有多個羥基，可與水分子間形成氫鍵；sp3、sp2；2NA；

(3)結合信息：O2因具有單電子而成為順磁性分子，從示意圖知B結構中化學鍵有3電子，B有單電子，B滿足；故答案為：B；

(4)①鋰鈷復合氧化物中Li、Co、O分別形成了六邊層狀結構(圖a)，整個六棱柱結構中：Li個數為：12×+2×+6＝9個，Co個數為：7+6×＝9，O個數為14+12×＝18，則，Li、Co和O個數比為1：1：2，化學式為 LiCoO2；鈷的原子序數為27，Co3+有24個電子，電子排布式為[Ar]3d6，其價層電子排布式為3d6；故答案為：LiCoO2；3d6；

②石墨晶胞中碳原子數目＝8×+4×+1+2＝4，故晶胞的質量=4×g，層內(平行四邊形)C-C鍵長為apm＝a×10-10cm，底面的邊長為2×a×10-10cm＝a×10-10cm，底面上的高為×底面的邊長＝a×10-10cm，層間距為dpm，則晶胞的體積＝a×10-10cm×a×10-10cm×2d×10-10cm=da2×10-30cm3，則該晶胞的密度=g/cm3，則NA=，故答案為：；

(5)該長鏈硅酸根離子每個單元為四面體結構，根據圖示可知：若一個單環狀離子中Si原子數為n，則含有n個四面體結構，含有的氧原子數為(3n+1)個，即：含有n個Si，則含有(3n+1)個O，帶有的負電荷為：n×(+4)+(3n+1) ×(-2)＝(2n+2)，則其化學式為：(SinO3n+1)(2n+2)，故答案為：(SinO3n+1)(2n+2)。