Question

【題目】鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料的電池。研究鋰離子電池的電極材料、電解液具有重要的現實意義。

（1）鋰離子電池的正極材料大多采用橄欖石型的LiMPO4(M=Fe、Co等元素)。

①Li+能量最低的激發態的電子排布圖為______________________。

②第四電離能I4(Co)比I4(Fe)小，原因是______________________。

（2）鋰離子電池的電解液有LiBF4等，碳酸亞乙酯()用作該電解液的添加劑。

①LiBF4中陰離子的空間構型為____________________。

②碳酸亞乙酯分子中碳原子的雜化方式為___________________；碳酸亞乙酯能溶于水的原因是______________________________________________________。

（3）硫化鋰是目前正在研發的鋰離子電池的新型固體電解質，為立方晶系晶體，其晶胞參數為apm。該晶胞中離子的分數坐標為：

硫離子：(0，0，0)；()，；；……

鋰離子：；；；；……

①在圖上畫出硫化鋰晶胞沿x軸投影的俯視圖。___________

②硫離子的配位數為__________________。

③設NA為阿伏加德羅常數的值，硫化鋰的晶體密度為________g·cm－3(列出計算表達式)。

Answer 1

【答案】 Co失去3d6上的一個電子，而Fe失去3d5上的一個電子，3d軌道半充滿時穩定性強，故I4(Co)比I4(Fe)小 正四面體 sp3、sp2 碳酸亞乙酯分子與水分子之間形成氫鍵 8

【解析】

(1)①基態Li原子的核外電子排布圖為，據此分析解答；

②原子軌道中電子處于全滿、全空或半滿時較穩定，失去電子需要的能量更高；

(2)①根據VSEPR理論判斷BF4-的空間構型；

②該分子中—CH2—中C原子價層電子對數是4且不含孤電子對、C=O中C原子價層電子對數是3且不含孤電子對，據此判斷C原子雜化方式；碳酸亞乙酯分子與水分子之間形成氫鍵；

(3)①根據硫離子和鋰離子的分數坐標分析判斷繪圖；

②從面心的S2-看，周圍與之等距且最近的Li+有8個；

③根據ρ=計算晶體密度。

(1)鋰離子電池的正極材料大多采用橄欖石型的LiMPO4(M=Fe、Co等元素)。

①基態Li原子的核外電子排布圖為，基態Li+的核外電子排布圖為，則Li+能量最低的激發態的電子排布圖為；

②Co3+價電子排布為3d6變為較穩定的3d5，而Fe3+價電子排布由較穩定的3d5變為不穩定的3d4，需要更多的能量，故第四電離能：I4(Co)＜I4(Fe)；

(2)①對于BF4，根據VSEPR理論，B原子的孤電子對數為=0，σ鍵電子對數為4，則其空間構型為正四面體；

②該分子中—CH2—中C原子價層電子對數是4且不含孤電子對，—CH2—中碳原子為sp3雜化，C=O中C原子價層電子對數是3且不含孤電子對，C=O中C原子雜化方式為sp2；碳酸亞乙酯能溶于水的原因是碳酸亞乙酯分子與水分子之間形成氫鍵；

(3)①根據硫離子的坐標參數，硫離子位于晶胞的面心、頂點；根據鋰離子的分數坐標參數，鋰離子位于晶胞的內部，結合坐標位置，則硫化鋰晶胞沿x軸投影的俯視圖為：；

②根據①中的分析，結合俯視圖，從面心的S2看，周圍與之等距且最近的Li+有8個，所以S2的配位數為8；

③1個晶胞中有S2的數目為8×+6×=4個，含有Li+數目為8個，晶胞參數為apm，一個晶胞體積為V=a3pm3=a3×1030cm3，1mol晶胞的體積為a3×1030NAcm3，1mol晶胞質量為m=4×46g，所以晶體密度為ρ===g/cm3。