Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎授予約翰·古德伊納夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰三位科學家，以表彰他們在鋰電池領域所做出的巨大貢獻。請回答下列問題：

（1）LiCoO2、LiFePO4常用作鋰離子電池的正極材料。基態Co原子核外電子排布式為___，基態磷原子中，電子占據的最高能層符號為___；該能層能量最高的電子云在空間有___個伸展方向，原子軌道呈___形。

（2）[Co(NO3－)4]2－中Co2+的配位數為4，配體中N的雜化方式為__，該配離子中各元素的第一電離能由小到大的順序為___(填元素符號)，1mol該配離子中含σ鍵數目為___NA。

（3）LiFePO4屬于簡單磷酸鹽，而直鏈的多磷酸鹽則是一種復雜磷酸鹽，如：焦磷酸鈉、三磷酸鈉等。焦磷酸根離子、三磷酸根離子如圖所示：

這類磷酸根離子的化學式可用通式表示為___(用n代表P原子數)。

（4）鈷藍晶體結構如圖，該立方晶胞由4個I型和4個Ⅱ型小立方體構成，其化學式為___，晶體中Al3+占據O2－形成的___(填“四面體空隙”或“八面體空隙”)。NA為阿伏加德羅常數的值，鈷藍晶體的密度為___g·cm－3(列計算式)。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2 M 3 啞鈴 sp2 Co、O、N 16 (PnO3n＋1)(n＋2)－ CoAl2O4 八面體空隙

【解析】

（1）Co為27號元素，Co原子核外有27個電子，根據核外電子排布規律可得其基態Co原子核外電子排布式；基態磷原子核外有三層電子，故最高能層符號為M，電子云在空間有3個伸展方向，原子軌道為啞鈴型，故答案為：1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2；M；3；啞鈴；

（2）NO3－中價層電子對數為，故為sp2雜化；一般情況下非金屬性越強第一電離能越大，但由于N原子中最外層為半充滿狀態，比較穩定，故第一電離能大于O，所以第一電離能由小到大的順序為Co、O、N；一個NO3－中有3個σ鍵，配位鍵也為σ鍵，故σ鍵數目為3×4+4=16，則1mol該配離子中含σ鍵數目為16NA，故答案為：sp2；Co、O、N；16；

（3）可以根據磷酸根、焦磷酸根、三磷酸根的化學式推導：PO43-、P2O74-、P3O105-磷原子的變化規律為：1,2,3,4，n氧原子的變化規律為：4,7,10,3n+1 酸根所帶電荷數的變化規律為：3,4,5,n+2；故答案為：(PnO3n＋1)(n＋2)－

（4）根據鈷藍晶體晶胞結構分析，一個晶胞中含有的Co、Al、O個數分別為：，，，所以化學式為CoAl2O4；根據結構觀察，晶體中Al3+占據O2-形成的八面體空隙；該晶胞的體積為，該晶胞的質量為 ,所以密度為 ，故答案為：CoAl2O4；八面體空隙；。