Question

（物质结构与性质）

硅电池、锂离子电池都是现代高性能电池的代表，高性能的电极材料与物质结构密切相关。

(l) LiFePO₄因具有良好的结构稳定性而成为新一代正极材料，这与PO₄^3-的结构密切相关，PO₄^3-的立体构型为____。P、O、S的电负性从大到小的顺序为______________

(2)通常在电极材料表面进行“碳”包覆处理以增强其导电性。抗坏血酸常被用作碳包覆的碳源，其易溶于水的原因是 ___，抗坏血酸中碳原子的杂化方式为 ___，1mol抗坏血酸中手性碳原子的数目为______。(取材于选修3课本51页)。

(3) Li⁺过度脱出易导致锂电池结构坍塌产生O₂而爆炸，实验证实O₂因具有单电子而成为顺磁性分子，下列结构式(黑点代表电子)中最有可能代表O₂分子结构的是____(填标号)。

A．        B．     C．       D．

(4)目前最常用的电极材料有锂钴复合氧化物和石墨。

①锂钴复合氧化物中Li、Co、O分别形成了六边层状结构(图a)，按照Li-O-Co-O-Li–O-Co-O- Li--顺序排列，则该化合物的化学式为____，Co³⁺的价层电子排布式为_____。

②石墨晶胞(图b)层间距为d pm，C—C键长为a pm，石墨晶体的密度为p g/cm³，列式表示阿伏加德罗常数为____mol^-l。

(5)硅酸盐中Si元素一般显+4价，如下图所示是一种无限长单键的多聚硅酸根离子的结构，其中“”表示Si原子，“”表示氧原子，则该长链硅酸根离子的通式为________________________。

Answer

正四面体 O>S>P 分子中含有多个羟基，可与水分子间形成氢键 sp2、sp3 2NA B LiCoO2 3d6 (SinO3n+1)(2n+2)-

【解析】

(1)PO43-中P原子价层电子对个数=4，且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断空间构型；元素的非金属性越强，其电负性越大；

(2)根据抗坏血酸分子内含基，可与水分子间形成氢键判断；根据分子内有碳原子连接方式判断杂化方式；与四个不同的原子或原子团相连的碳原子称为手性碳原子；

(3)结合信息：O2因具有单电子而成为顺磁性分子，从示意图知B结构中化学键有3电子，B有单电子；

(4)①根据结构示意图判断Li、Co和O个数比，进而得到化学式；钴的原子序数为27，Co3+有24个电子，电子排布式为[Ar]3d6；

②计算石墨晶胞中碳原子数目，进而求出晶胞的质量，根据图中信息求出晶胞的体积，应用晶胞的密度进行求算；

(5)根据图示找出规律，然后推断硅原子数目为n时含有的氧原子数目及所带电荷数，从而确定其化学式。

(1)PO43-中P原子价层电子对个数=4，且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断空间构型为正四面体结构；元素的非金属性越强，其电负性越大，则电负性O＞S＞P；故答案为：正四面体；O＞S＞P；

(2)抗坏血酸碳原子数目相对较少，但分子内含4个羟基，可与水分子间形成氢键，因此它易溶于水；分子内有碳碳单键、对应碳原子sp3杂化方式，也有碳碳双键，对应碳原子sp2杂化方式；与四个不同的原子或原子团相连的碳原子称为手性碳原子，由图知，1个抗坏血酸分子中含2个手性碳原子，则1mol抗坏血酸中手性碳原子的数目为2NA；故答案为：分子中含有多个羟基，可与水分子间形成氢键；sp3、sp2；2NA；

(3)结合信息：O2因具有单电子而成为顺磁性分子，从示意图知B结构中化学键有3电子，B有单电子，B满足；故答案为：B；

(4)①锂钴复合氧化物中Li、Co、O分别形成了六边层状结构(图a)，整个六棱柱结构中：Li个数为：12×+2×+6＝9个，Co个数为：7+6×＝9，O个数为14+12×＝18，则，Li、Co和O个数比为1：1：2，化学式为 LiCoO2；钴的原子序数为27，Co3+有24个电子，电子排布式为[Ar]3d6，其价层电子排布式为3d6；故答案为：LiCoO2；3d6；

②石墨晶胞中碳原子数目＝8×+4×+1+2＝4，故晶胞的质量=4×g，层内(平行四边形)C-C键长为apm＝a×10-10cm，底面的边长为2×a×10-10cm＝a×10-10cm，底面上的高为×底面的边长＝a×10-10cm，层间距为dpm，则晶胞的体积＝a×10-10cm×a×10-10cm×2d×10-10cm=da2×10-30cm3，则该晶胞的密度=g/cm3，则NA=，故答案为：；

(5)该长链硅酸根离子每个单元为四面体结构，根据图示可知：若一个单环状离子中Si原子数为n，则含有n个四面体结构，含有的氧原子数为(3n+1)个，即：含有n个Si，则含有(3n+1)个O，带有的负电荷为：n×(+4)+(3n+1) ×(-2)＝−(2n+2)，则其化学式为：(SinO3n+1)(2n+2)−，故答案为：(SinO3n+1)(2n+2)−。