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]·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，推算拟卤素(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a cm，则该晶胞的密度为__g·cm^-3(阿伏加德罗常数用N_A表示)。

Answer

1s22s22p63s23p63d5 sp2、sp3 3:4 V形 b kJ·mol-1 2e kJ·mol-1 (f-a-b-c-d-e) kJ·mol-1 ZnS

【解析】

(1)锰原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，由此可确定Mn2+的核外电子排布式；有机高聚物中C的价层电子对数分别为3和4，由此可得出杂化方式；

(2)已知CN-与N2互为等电子体，可推出拟卤素(CN)2分子结构为N≡C-C≡N，由此可推出σ键与π键数目之比；

(3)NO2-的价层电子对数为=3，由此可确定空间构型；

(4)Mn的第一电离能是指由Mn(g)→Mn+时吸收的能量，O2的键能是指破坏1mol O2分子内 共价键所需吸收的能量，MnO的晶格能可利用盖斯定律求出；

(5)R(晶胞结构如图)由Zn、S组成，利用均摊法，可求出晶胞中所含有的Zn、S原子数，从而确定其化学式。已知其晶胞边长为a cm，可求出1个晶胞的体积和质量，从而求出该晶胞的密度；

(1)锰原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，则Mn2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；有机高聚物中C的价层电子对数分别为3和4，则杂化方式分别为sp2、sp3；答案：1s22s22p63s23p63d5；sp2、sp3；

(2)已知CN-与N2互为等电子体，可推出拟卤素(CN)2分子结构为N≡C-C≡N，则σ键为3个，π键为4个，从而得出σ键和π键为数目之比为3:4；答案为：3:4；

(3)NO2-的价层电子对数为=3，N与2个O各形成共价双键，另有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，从而使结构不对称，由此可确定空间构型为V形；答案为：V形；

(4)由图中可知，Mn(g)→Mn+时吸收的能量为b kJ·mol-1，则Mn的第一电离能为b kJ·mol-1；键能是指破坏1mol O2分子内共价键所需吸收的能量，由图中可确定O2的键能是2e kJ·mol-1；MnO的晶格能可利用盖斯定律，按箭头所指方向，MnO的晶格能为(f-a-b-c-d-e) kJ·mol-1；答案为：b kJ·mol-1；2e kJ·mol-1；(f-a-b-c-d-e) kJ·mol-1；

(5)R(晶胞结构如图)由Zn、S组成，利用均摊法，可求出晶胞中所含有的Zn、S原子数分别为4，从而确定其化学式为ZnS；已知其晶胞边长为a cm，可求出1个晶胞的体积和质量，从而求出该晶胞的密度为=g·cm-3；答案为：。