Goodenough等人因在鋰離子電池及鈷*鋰、**鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻而獲得2019年諾貝爾化學...

問題詳情：

Goodenough等人因在鋰離子電池及鈷*鋰、**鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻而獲得2019年諾貝爾化學獎。回答下列問題：

(1)基態Fe2+與Fe3+離子中未成對的電子數之比為_________。

(2)Li及其週期表中相鄰元素的第一電離能(I1)如表所示。I1(Li)> I1(Na)，原因是_________。I1(Be)> I1(B)> I1(Li)，原因是________。

(3)**根離子的空間構型為_______，其中P的價層電子對數為_______、雜化軌道類型為_______。

(4)LiFePO4的晶胞結構示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體，它們通過共頂點、共稜形成空間鏈結構。每個晶胞中含有LiFePO4的單元數有____個。

電池充電時，LiFeO4脱出部分Li+，形成Li1−xFePO4，結構示意圖如(b)所示，則x=_______，n(Fe2+ )∶n(Fe3+)=_______。

【回答】

    (1). 4:5    (2). Na與Li同主族，Na的電子層數更多，原子半徑更大，故第一電離能更小    (3). Li，Be和B為同週期元素，同週期元素從左至右，第一電離能呈現增大的趨勢；但由於基態Be原子的s能級軌道處於全充滿狀態，能量更低更穩定，故其第一電離能大於B的    (4). 正四面體形    (5). 4    (6). sp3    (7). 4    (8). 或0.1875    (9). 13:3

【解析】

【分析】

題(1)考查了對基態原子電子排布規律的認識；題(2)考查了第一電離能的週期*變化規律；題(3)考查了分子或離子空間構型判斷的兩大理論；題(4)重點考查通過陌生晶胞的晶胞結構示意圖判斷晶胞組成。

【詳解】(1)基態鐵原子的價電子排布式為，失去外層電子轉化為Fe2+和Fe3+，這兩種基態離子的價電子排布式分別為和，根據Hund規則可知，基態Fe2+有4個未成對電子，基態Fe3+有5個未成對電子，所以未成對電子個數比為4:5；

(2)同主族元素，從上至下，原子半徑增大，第一電離能逐漸減小，所以；同週期元素，從左至右，第一電離能呈現增大的趨勢，但由於ⅡA元素基態原子s能級軌道處於全充滿的狀態，能量更低更穩定，所以其第一電離能大於同一週期的ⅢA元素，因此；

(3)經過計算，中不含孤電子對，成鍵電子對數目為4，價層電子對數為4，因此其構型為正四面體形，P原子是採用sp3雜化方式形成的4個sp3雜化軌道；

(4)由題幹可知，LiFePO4的晶胞中，Fe存在於由O構成的正八面體內部，P存在由O構成的正四面體內部；再分析題幹中給出的(a),(b)和(c)三個不同物質的晶胞結構示意圖，對比(a)和(c)的差異可知，(a)圖所示的LiFePO4的晶胞中，小球表示的即為Li+，其位於晶胞的8個頂點，4個側面面心以及上下底面各自的相對的兩條稜心處，經計算一個晶胞中Li+的個數為個；進一步分析(a)圖所示的LiFePO4的晶胞中，八面體結構和四面體結構的數目均為4，即晶胞中含Fe和P的數目均為4；考慮到化學式為LiFePO4，並且一個晶胞中含有的Li+，Fe和P的數目均為4，所以一個晶胞中含有4個LiFePO4單元。對比(a)和(b)兩個晶胞結構示意圖可知，Li1-xFePO4相比於LiFePO4缺失一個面心的Li+以及一個稜心的Li+；結合上一個空的分析可知，LiFePO4晶胞的化學式為Li4Fe4P4O16，那麼Li1-xFePO4晶胞的化學式為Li3.25Fe4P4O16，所以有即x=0.1875。結合上一個空計算的結果可知，Li1-xFePO4即Li0.8125FePO4；假設Fe2+和Fe3+數目分別為x和y，則列方程組：，，解得x=0.8125，y=0.1875，則Li1-xFePO4中。

【點睛】對第一電離能的考查，最常出現的是ⅡA，ⅤA基態原子與同一週期相鄰主族元素的基態原子第一電離能的比較；判斷分子等構型時，可以通過價層電子對互斥理論或雜化軌道理論以及等電子體原理進行判斷；由陌生晶胞結構書寫晶體化學式時，一方面要認真分析晶胞中各類粒子的位置信息，另一方面也要注意均攤法的使用。

知識點：高考試題

題型：推斷題