Question

2019年诺贝尔化学奖授予三位化学家，以表彰其对研究开发锂离子电池作出的卓越贡献。LiFePO₄、聚乙二醇、LiPF₆、LiAsF₆和LiCl等可作锂离子聚合物电池的材料。回答下列问题：

（1）Fe的价层电子排布式为___。

（2）Li、F、P、As四种元素的电负性由大到小的顺序为___。

（3）乙二醇(HOCH₂CH₂OH)的相对分子质量与丙醇(CH₃CH₂CH₂OH)相近，但沸点高出100℃，原因是___。

（4）电池工作时，Li⁺沿聚乙二醇分子中的碳氧链迁移的过程如图甲所示（图中阴离子未画出）。电解质LiPF₆或LiAsF₆的阴离子结构如图乙所示(X=P、As)。

①聚乙二醇分子中，碳、氧的杂化类型分别是___、___。

②从化学键角度看，Li⁺迁移过程发生___（填“物理变化”或“化学变化”）。

③PF₆中P的配位数为___。

④相同条件，Li⁺在___（填“LiPF₆”或“LiAsF₆”）中迁移较快，原因是___。

（5）以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。LiCl·3H₂O属正交晶系（长方体形）。晶胞参数为0.72nm、1.0nm、0.56nm。如图为沿x轴投影的品胞中所有Cl原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cl原子的数目为___。LiCl·3H₂O的摩尔质量为Mg·mol^-1，设N_A为阿伏加德罗常数的值，则LiCl·3H₂O晶体的密度为___g·cm^-3（列出计算表达式）。

Answer

3d64s2 F、P、As、Li 乙二醇分子中羟基比丙醇的多，分子间的氢键比丙醇多，分子间作用力较大 sp3 sp3 化学变化 6 LiAsF6 AsF6-的半径比PF6-的大，AsF6-与Li+的作用力比PF6-弱 4

【解析】

(1)Fe为26号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2 ；

(2)非金属性越强，电负性越强；

(3)根据氢键的数量分析判断；

(4)①根据图中聚乙二醇的碳氧键链方式分析判断杂化轨道类型；

②化学变化过程是旧键的断裂和新键的形成；

③与中心原子直接以配位键相结合的原子个数即为配位数；

④相同条件，AsF6-的半径比PF6-的大，对锂离子的作用力大小不同；

(5)根据晶胞密度公式计算；

(1)Fe为26号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2 ，故价层电子排布式为3d64s2；

(2)非金属性越强，电负性越强，非金属性：F＞P＞As＞Li，则四种元素的电负性由大到小的顺序为F、P、As、Li；

(3)乙二醇分子中羟基比丙醇的多，分子间的氢键比丙醇多，分子间作用力较大；

(4)①图中聚乙二醇的碳原子都是形成4个单键，无孤电子对，为sp3杂化，氧原子都是形成2个单键，有2对孤电子，为sp3杂化；

②化学变化过程的实质是旧键的断裂和新键的形成，Li+在迁移过程中要将旧的配位键断裂，迁移后再形成新的配位键，符合化学变化过程的要求；

③与中心原子直接以配位键相结合的原子个数即为配位数，由图乙所示，PF6的中心原子为P，与之以配位键相结合的F原子有6个，则配位数为6；

④AsF6-的半径比PF6-的大，AsF6-与Li+的作用力比PF6-弱，则Li+在LiAsF6中迁移较快；

(5)如图为沿x轴投影的品胞中所有Cl原子的分布图和原子分数坐标。其中2个Cl原子在晶胞内部，4个Cl在晶胞的面上，则该晶胞中Cl原子的数目为2+4×=4个；晶胞参数为0.72nm、1.0nm、0.56nm。则晶胞的体积为0.72nm×1.0nm×0.56nm=(0.72×1.0×0.56)nm3=(0.72×1.0×0.56×10-21)cm3，晶胞中含有4个Cl原子，即含有4个LiCl·3H2O，则晶胞的质量为g，则LiCl·3H2O晶体的密度为=g·cm-3。