Question

某柔性屏手机的柔性电池以碳纳米管做电极材料，以吸收ZnSO₄溶液的有机高聚物做固态电解质，其电池总反应为MnO₂+Zn+(1+)H₂O+ZnSO₄MnOOH+ZnSO₄[Zn(OH)₂]₃·xH₂O。其电池结构如图甲所示，图乙是有机高聚物的结构片段。

（1）Mn²⁺的核外电子排布式为_____；有机高聚物中C的杂化方式为_____。

（2）已知CN^-与N₂互为等电子体，推算拟卤（CN)₂分子中σ键与π键数目之比为_____。

（3）NO₂^-的空间构型为_____。

（4）MnO是离子晶体，其晶格能可通过如图的Born-Haber循环计算得到。

Mn的第一电离能是_____，O₂的键能是_____，MnO的晶格能是_____。

（5）R(晶胞结构如图）由Zn、S组成，其化学式为_____（用元素符号表示）。已知其晶胞边长为acm，则该晶胞的密度为_____g·cm³(阿伏加德罗常数用N_A表示）。

Answer

1s22s22p63s23p63d5 sp2、sp3 3：4 V型 bkJ•mol﹣1 2ekJ•mol﹣1 (f-a-b-c-d-e)kJ•mol﹣1 ZnS

【解析】

(1) Mn元素的原子核外有25个电子，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2；根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式；

(2) CN-和氮气分子互为等电子体，二者结构相同，根据氮气分子判断(CN)2分子中存在的σ键与π键的个数；

(3) NO2-中N原子的价层电子对数=2+(5+1-2×2)=3，杂化类型是sp2，含有1个孤电子对，NO2-的空间构型是V型；

(4) Mn的第一电离能为气态Mn原子失去第一个电子时需要吸收的能量；由1molO2分子变成O原子的过程中，需要吸收的能量为2ekJ；晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量；

(5) ZnS晶胞结构如图所示，利用均摊法找出晶胞中有4个Zn，有4个S，然后进行相关计算，求出晶胞密度。

(1) Mn元素的原子核外有25个电子，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，则基态Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；这些C原子中有些C原子价层电子对个数是3、有些是4，根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式分别为sp2、sp3；故答案为：1s22s22p63s23p63d5；sp2、sp3；

(2)CN-与N2结构相似，C原子与N原子之间形成三键，则拟卤(CN)2分子结构式为，三键中含有1个σ键、2个π键，单键属于σ键，故(CN)2分子中σ键与π键数目之比为3：4，故答案为：3：4；

(3) NO2-中N原子的价层电子对数=2+(5+1-2×2)=3，杂化类型是sp2，含有1个孤电子对，NO2-的空间构型是V型，故答案为V型；

(4)由图中Mn (晶体) Mn (g) Mn+(g)过程，电离能为1mol的气态原子变为+1价阳离子的能量，故其第一电离能为bkJ•mol﹣1；由图中O2(g)2O(g)为molO=O的键能，故O=O键键能为ekJ•mol﹣1×2=2ekJ•mol﹣1；Mn晶格能为从气态离子形成1mol晶体放出的能量，根据盖斯定律，故晶格能=(f-a-b-c-d-e)kJ•mol﹣1，故答案为：bkJ•mol﹣1；2ekJ•mol﹣1；(f-a-b-c-d-e)kJ•mol﹣1；

(5)由晶胞的结构可知，Zn全部在晶胞的内部，所以1个晶胞中含有4个Zn2+，S分别位于晶胞的顶点和面心，根据晶胞中原子的“均摊法”可计算1个晶胞中S2-的个数为：，由Zn，S组成化学式为ZnS；1mol晶体的质量为97g，1mol晶胞的体积为NA a3cm3，因此该晶体的密度为，故答案为：ZnS；。