Question

三位化学家因研究锂电池做出开创性贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。磷酸亚铁锂(LiFePO₄)可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点；成为目前广泛使用的锂电池。

（1）铁元素在元素周期表中的位置__；LiFePO₄中Fe²⁺基态电子排布式是__。

（2）P的电负性___O的电负性（填写“大于”“小于”或“等于”）；PO₄^3-的空间构型是__，中心原子的杂化方式是___。

（3）Li⁺与H^-具有相同的电子构型，r(Li⁺)小于r(H^-)，原因是__。

（4）FeCl₃中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl₃的结构式为__，其中Fe的配位数为__。

（5）有一种蓝色晶体[可表示为：KFe_x(CN)₆，相对分子质量为Mr]，经研究发现，其晶胞的如图所示（K⁺未画出）。

①晶体中与每个Fe³⁺距离最近且等距离的CN^-有__个。

②该晶体的化学式为__。

③若晶胞中每个Fe³⁺和Fe²⁺距离用anm表示，则晶体的密度表达式是__g/cm³。

Answer

第四周期Ⅷ族 [Ar]3d6 小于 正四面体 sp3 Li+核电荷数较大 4 6 KFe2(CN)6

【解析】

(1)铁元素为26号元素，根据铁原子的核外电子排布式书写Fe2+基态电子排布式；

(2)非金属性越强则电负性越强；根据磷原子价层电子对互斥理论确定其空间构型及磷原子的杂化方式；

(3)电子层结构相同的离子，离子核电荷数越大，其吸引电子能力越大；

(4)在氯化铁双聚分子中，铁原子除了与3个氯原子形成共价键外，还能接受另一个氯原子提供的孤电子对而形成配位键；

(5)①根据晶胞图示分析判断；

②由图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2+、Fe3+、CN-的个数，结合化合物化合价为0分析解答；

③结合最小结构单元晶胞图示，根据密度公式解答。

(1)铁元素为26号元素，位于周期表中第四周期Ⅷ族，铁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，则Fe2+基态电子排布式：1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6；

(2)非金属性越强其电负性越强，非金属性P＜O，则电负性P小于O；PO43-中P原子的价层电子对数=4+×(5+3−4×2)=4，所以P原子按sp3方式杂化，P原子周围不含孤电子对，所以其空间构型正四面体；

(3)Li+与H-具有相同的电子构型，Li+核电荷数为3，H-核电荷数为1，电子结构相同时，Li+核电荷数越大，原子核对核外电子的吸引能力越大，离子半径就越小，则r(Li+)小于r(H-)；

(4)氯化铁的双聚体，就是两个氯化铁相连接在一起，已知氯化铁的化学键有明显的共价性所以仿照共价键的形式将两个氯化铁连接在一起，即结构式为，因此Fe的配位数为4；

(5)①由图可看出与每个Fe3+上下、左右、前后各一个CN−，故距离最近且等距离的CN−为6个；

②由图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2+个数为：4×=，同样可推出含Fe3+个数也为，CN−为12×=3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]−，则该晶体的化学式只能为KFe2(CN)6；

③由②分析，结合最小结构单元晶胞图示，晶胞边长为2anm，则整个晶胞的体积V=(2anm)3=8a3×10-21 cm3，整个晶胞中Fe2+个数为：8×=4，Fe3+个数也为4，CN−个数为3×8=24，即整个晶胞的摩尔质量为4，根据密度公式。