Question

【题目】锂离子电池是现代高性能电池的代表，高性能的电极材料与物质结构密切相关。

(l) LiFePO4因具有良好的结构稳定性而成为新一代正极材料，这与PO43-的结构密切相关，PO43-的立体构型为____。P、O、S的电负性从大到小的顺序为______________

(2)通常在电极材料表面进行“碳”包覆处理以增强其导电性。抗坏血酸常被用作碳包覆的碳源，其易溶于水的原因是 ___，抗坏血酸中碳原子的杂化方式为 ___，1mol抗坏血酸中手性碳原子的数目为______

(3) Li+过度脱出易导致锂电池结构坍塌产生O2而爆炸，实验证实O2因具有单电子而成为顺磁性分子，下列结构式（黑点代表电子）中最有可能代表O2分子结构的是____（填标号）。

A.

B.

C.

D.

(4)目前最常用的电极材料有锂钴复合氧化物和石墨。

①锂钴复合氧化物中Li、Co、O分别形成了六边层状结构（图a），按照Li-O-Co-O-Li–O-Co-O- Li--顺序排列，则该化合物的化学式为____，Co3+的价层电子排布式为_____。

②石墨晶胞（图b）层间距为d pm，C—C键长为a pm，石墨晶体的密度为p g/cm3，列式表示阿伏加德罗常数为____mol-l。

Answer 1

【答案】正四面体 O>S>P 分子中含有多个羟基，可与水分子间形成氢键 sp2、sp3 2NA B LiCoO2 3d6

【解析】

(l) 根据价层电子对互斥理论，计算磷酸根离子的价电子对数，找出PO43-空间构型，P、O、S的电负性从大到小的顺序按非金属性强弱和电负性大小之间的关系来回答；

(2)抗坏血酸易溶于水的原因从影响溶解性的因素——含羟基及其与水的作用来分析，抗坏血酸中碳原子的杂化方式从碳碳键角度分析，1mol抗坏血酸中手性碳原子的数目结合定义和图示结构判断；

(3)结合信息和示意图选择判断；

(4)结合①锂钴复合氧化物中Li、Co、O分别形成了六边层状结构（图a），用均摊法计算晶胞内的原子数，求该化合物的化学式，钴的原子序数为27，则按电子排布规律可写Co3+的价层电子排布式；

②已知石墨晶胞（图b）层间距为d pm，C—C键长为a pm，按晶胞的密度等于晶体的密度为p g/cm3，列式求阿伏加德罗常数；

(l) PO43-中P原子价层电子对个数 且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断空间构型为正四面体结构；

答案为：正四面体；

元素的非金属性越强，其电负性越大，则电负性O>S>P；

答案为：O>S>P；

(2)抗坏血酸碳原子数目相对较少，但分子内含4个羟基，可与水分子间形成氢键，因此它易溶于水；

答案为：分子中含有多个羟基，可与水分子间形成氢键；

分子内有碳碳单键、对应碳原子sp3杂化方式，也有碳碳双键，对应碳原子sp2杂化方式；

答案为：sp2、sp3；

与四个不同的原子或原子团相连的碳原子称为手性碳原子，由图知，1个抗坏血酸分子中含2个手性碳原子，则1mol抗坏血酸中手性碳原子的数目为2NA；

答案为：2NA；

(3)结合信息：O2因具有单电子而成为顺磁性分子，从示意图知B结构中化学键有3电子，B有单电子，B满足；

答案为：B；

(4) 锂钴复合氧化物中Li、Co、O分别形成了六边层状结构（图a），整个六棱柱结构中：Li个数为：个，Co个数为：，O个数为： 则，Li、Co和O个数比为1：1：2，化学式为LiCoO2；

答案为：LiCoO2；

钴的原子序数为27，Co3+有24个电子，电子排布式为[Ar] 3d6，其价层电子排布式为3d6；

答案为：3d6；

石墨晶胞中碳原子数目= ，故晶胞的质量= ，层内（平行四边形）C—C键长为a pm=，底面的边长为，底面上的高为 底面的边长=，层间距为d pm，则晶胞的体积=××=，则该晶胞的密度，则NA=；

答案为： 。