Question

磷酸亚铁锂（LiFePO₄）电池是新能源汽车的动力电池之一。请回答下列问题：

（1）基态Fe原子的价电子轨道表示式（电子排布图）为____，O^2-核外电子有___种运动状态。

（2）锂的紫红色焰色是一种_______光谱，LiFePO₄中阴离子VSEPR模型名称为______，中心原子的杂化轨道类型为____。

（3）一般情况下，同种物质固态时密度比液态大，但普通冰的密度比水小，原因是____________；H₂O₂难溶于CS₂，简要说明理由：____________________。

（4）Li₂O是离子晶体，其晶体能可通过如图甲的Born - Haber循环计算得到。可知，Li₂O晶格能为____kJ/mol。

（5）磷化钛熔点高、硬度大，其晶胞如图乙所示。

①磷化钛晶体中Ti原子周围最邻近的Ti数目为____；设晶体中Ti原子与最邻近的P原子之间的距离为r，则Ti原子与跟它次邻近的P原子之间的距离为_______。

②设磷化钛晶体中Ti、P原子半径分别为a pm、b pm，它们在晶体中紧密接触，则该晶胞中原子的空间利用率为_____ （用a、b表示）。

Answer

10 发射 正四面体 sp3 液态水中分子间相对自由，冰中每个水分子中的氢原子和氧原子共参与形成4个氢键，水分子形成正四面体，分子间距离增大，密度减小 H2O2为极性分子，CS2为非极性分子，根据相似相溶原理，H2O2难溶于CS2 2908 12 r

【解析】

(1) Fe的电子排布式是[Ar］3d64s2， O2-核外电子总数为10，其原子核外有10种运动状态不同的电子；

(2)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该微粒空间构型及P原子的杂化形式；

(3) 液态水中分子间相对自由，冰中每个水分子中的氢原子和氧原子共参与形成4个氢键，水分子形成正四面体，使水分子之间间隙增大,密度变小,导致固态H2O的密度比其液态时小， H2O2为极性分子,而CS2为非极性溶剂,根据“相似相溶”规律可知；

(4) 晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量

(5) ①有一个Ti原子位于体心，在三维坐标中，体心Ti原子可以形成3个面，每一个形成的面上有4个Ti原子；由晶胞的截图可知，顶点Ti原子与小立方体顶点P原子最邻近，与体对角线的P原子次近邻；

②磷化钛晶胞为面心立方密堆积，晶胞中P原子位于顶点和面心上，Ti位于棱边上和体内，利用均摊法计算。

(1) Fe的电子排布式是[Ar］3d64s2，价电子轨道表示式（电子排布图）为，故答案为：； O2-核外电子总数为10，其原子核外有10种运动状态不同的电子，故答案为10；

(2)紫红色波长介于380-435nm之间，是一种发射光谱，故答案为：发射；PO43-中P原子价层电子对个数=，且不含孤电子对，据价层电子对互斥理论判断该微粒VSEPR模型为正四面体形、P原子的杂化形式为 sp3；故答案为正四面体、sp3；

(3) 液态水中分子间相对自由，冰中每个水分子中的氢原子和氧原子共参与形成4个氢键，水分子形成正四面体，使水分子之间间隙增大,密度变小,导致固态H2O的密度比其液态时小，故答案为：液态水中分子间相对自由，冰中每个水分子中的氢原子和氧原子共参与形成4个氢键，水分子形成正四面体，分子间距离增大，密度减小； H2O2为极性分子,而CS2为非极性溶剂,根据“相似相溶”规律可知,H2O2难溶于CS2，

故答案为：H2O2为极性分子，CS2为非极性分子，根据相似相溶原理，H2O2难溶于CS2；

(4) 图中： 2Li（晶体）+1/2O2（g）=Li2O（晶体）的△H=-598KJ·mol−1 ，Li原子的第一电离能为Li原子失去1个电子所需要的能量，所以其第一电离能为1040/2kJ·mol－1=520kJ·mol－1；O=O键键能为氧气分子变为氧原子所需能量，其键能=2×249kJ·mol－1=498kJ·mol－1；晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，所以其晶格能为2908kJ·mol－1，故答案为：2908；

(5) ①根据磷化钛晶体可知，有一个Ti原子位于体心，在三维坐标中，体心Ti原子可以形成3个面，每一个形成的面上有4个Ti原子，则该Ti原子最邻近的Ti的数目为3×4=12个；由晶胞的截图可知，顶点Ti原子与小立方体顶点P原子最邻近，与体对角线的P原子次近邻，Ti原子与跟它最邻近的P原子之间的距离为r，则跟它次邻近的P原子之间的距离为=r，故答案为：12；r；

②磷化钛晶胞为面心立方密堆积，晶胞中P原子位于顶点和面心上，Ti位于棱边上和体内，每个晶胞中含有的P原子个数为8×+6×=4，含有的Ti原子个数为 12×+1=4，P原子和Ti原子的体积之和为π（a+b）3×4 pm3，晶胞的边长（2a+2b）pm，体积为（2a+2b）3pm3，则在磷化钛晶体中原子的空间利用率为×100%，故答案为：×100%；