Question

LiCoO₂用途广泛，如可作为锂离子电池的电极。回答下列问题。

(1)在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是_________，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态_________（填“相同”或“相反”）。

(2)[Co(NH₃)₆]Cl₃是橙黄色晶体，该配合物中提供空轨道接受孤对电子的微粒是___，配体分子的价层电子对互斥模型为___，写出一种与配体分子互为等电子体的分子_________（填分子式）。

(3)某钴化合物纳米粉可以提高碱性电池的性能。该化合物晶胞结构如图所示，则该钴化合物的化学式为______，与Co原子等距离且最近的O原子个数为______。

(4)Li还可形成多种物质。二异丙基胺基锂()是有机合成中常用的物质，氮原子的杂化方式为_________。Li⁺可以镶嵌在C₆₀中，形成的[LiC₆₀]PF₆与NaCl具有类似的晶胞结构，下面是从某晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从[LiC₆₀]PF₆晶体中分割出来的结构图是___。

(5)金属锂晶体的结构为体心立方密堆积，晶胞边长为351 pm，则锂晶体中原子的空间利用率为_________(列出含π的计算式)。

Answer

Mg 相反 Co3+ 四面体形 PH3（或AsH3） CoTiO3 12 sp3 AD ×100%

【解析】

(1)根据对角线法则分析；

(2)在配位化合物中，配位体提供孤对电子，中心离子提供空轨道；根据价层电子对互斥理论判断配位体的空间构型，根据等电子体概念书写其相应的等电子体化学式；

(3)用均摊方法计算一个晶胞中含有的各种元素的原子数目，得到其化学式，根据空间分布计算一个Co原子等距离且最近的O原子个数；

(4)结合原子形成的轨道数目分析计算；结合NaCl的晶体结构分析判断；

(5)Li为体心立方结构，先计算出1个晶胞中含有的Li的原子数目，再根据晶胞体积及Li原子的体积计算锂晶体中原子的空间利用率。

(1)在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是Mg，Mg是12号元素，原子核外电子排布为2、8、2，所以在价态Mg原子核外M层上有2个电子在同一轨道上，自旋方向相反；

(2)在配位化合物[Co(NH3)6]Cl3中，中心离子Co3+提供空轨道，接受孤电子对，配位体NH3的N原子提供孤电子对，NH3的中心原子N原子形成3个N-H键，还有一对孤对电子，价层电子对数为3+1=4，NH3的价层电子对互斥模型为四面体形；与NH3互为等电子体的分子为PH3或AsH3；

(3)根据物质的晶胞结构可知，Ti在晶体内，在一个晶胞中含有Ti原子1个；Co原子位于晶胞的顶点上，1个晶胞中含有的Co原子数目为8×=1，O原子在晶胞各个面的面心上，含有的O原子数目为6×=3，所以该晶体化学式为CoTiO3；在CoTiO3晶体中，1个Co原子周围等距离且最近的O原子个数为(3×8)÷2=12个；

(4)N原子形成了3个共价键，还有1对孤对电子，价层电子对数为3+1=4，所以杂化轨道类型为sp3杂化；在NaCl晶体中1个Na+周围有6个Cl-，1个Cl-周围有6个Na+。[LiC60]PF6与NaCl具有类似的晶胞结构，所以1个[LiC60]+周围有6个PF6-，1个PF6-周围有6个[LiC60]+，故合理选项是AD；

(5)金属锂晶体的结构为体心立方密堆积，在一个晶胞中含有的Li原子个数为8×+1=2，Li晶胞边长为351 pm，则Li原子半径r=×351 pm，因此2个Li原子所占体积V(Li)=2×πr3=2×π，晶胞的体积V(晶胞)=，所以Li晶胞中原子的空间占有率为×100%。