Question

2019年的化学诺贝尔奖颁给了为锂电池研究作出贡献的三位科学家，其研究的是两种常见锂电池：一种是采用镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O₂或镍钴铝酸锂为正极的“三元材料锂电池”；另一种是采用磷酸铁锂（LiFePO₄）为正极的电池。请回答下列问题：

（1）利用FeSO₄、(NH₄)₂HPO₄、LiOH为原料以物质的量之比1∶1∶1反应生成LiFePO₄，该化学反应方程式为________________。

（2）Mn位于元素周期表的_____区（填“s”或“p”或“d”或“ds”或“f”），基态钴原子的未成对电子数为______，1mol [CoCl (NH₃)₅] Cl₂ 中含σ键数目为__N_A。

（3）磷元素可以形成多种含氧酸H₃PO₄、H₃PO₂、H₃PO₃、HPO₃，这四种酸中酸性最强的是_____。PO₄^3-的空间构型是___，中心原子的杂化方式是______。

（4）PH₃是_____分子（填“极性”或“非极性”），其在水中的溶解性比NH₃小，原因是______。

（5）硫化锂Li₂S（摩尔质量Mg∙mol^-1）的纳米晶体是开发先进锂电池的关键材料，硫化锂的晶体为反萤石结构，其晶胞结构如图。若硫化锂晶体的密度为ag·cm^-3，则距离最近的两个S^2-的距离是_______nm。（用含a、M、N_A的计算式表示）

Answer

FeSO4＋(NH4)2HPO4＋LiOH=LiFePO4＋(NH4)2SO4＋H2O 3 d 21 HPO3 正四面体 sp3 极性 NH3能与水分子形成氢键，而PH3不能，所以在水中的溶解性PH3小

【解析】

(1)已知反应物为FeSO4、(NH4)2HPO4、LiOH且物质的量之比为1:1:1，即计量数之比为1:1:1，已知产物有LiFePO4，根据元素守恒可得方程式为：FeSO4＋(NH4)2HPO4＋LiOH=LiFePO4＋(NH4)2SO4＋H2O；

(2)Mn位于元素周期表的第四周期第ⅦB族，属于d区；Co元素是27号元素，基态Co原子核外电子排布式为：[Ar]3d74s2，3d上有3个成对电子；[CoCl (NH3)5] Cl2 中Cl-和5个NH3与Co3+之间形成6个配位键，为σ键，每个氨气分子中每个氢原子和氮原子之间形成一个σ键，共6+5×3=21个，所以1mol [CoCl (NH3)5] Cl2 中含σ键数目为21NA；

(3)H3PO4、H3PO2、H3PO3、HPO3可改写成(HO)3PO、(HO)2PO、(HO)3P、(HO)PO2，非羟基氧原子个数分别为1、1、0、2，非羟基氧数目越多，酸性越强，则酸性最强的是，HPO3；PO43-的中心原子价层电子对数为=4，不含孤电子对，所以为正四面体构型，采取sp3杂化；

(4)PH3空间构型为三角锥性，P原子位于顶点，所以正负电荷中心不重合，为极性分子；NH3能与水分子形成氢键，而PH3不能，所以在水中的溶解性PH3小；

(5)根据均摊法，晶胞中X的个数为=4，Y的个数为8，该晶体的化学式为Li2S，所以X代表S2-，Y代表Li+，根据晶胞结构示意图可知，距离最近的两个S2-的距离为面对角线的一半，已知晶胞的密度为ag·cm-3，晶胞的质量m=g，则晶胞的棱长为 ，所以距离最近的两个S2-的距离为nm。