Question

2019年诺贝尔化学奖颁发给三位开发锂离子电池的科学家。锂离子电池正极材料是决定其性能的关键．

（1）锰酸锂(LiMn₂O₄)电池具有原料成本低、合成工艺简单等优点。Li⁺能量最低的激发态离子的电子排布图为________，该晶体结构中含有Mn⁴⁺，基态Mn⁴⁺核外价层电子占据的轨道数为__________________个。

（2）磷酸铁锂(LiFePO₄)电池安全、充电快、使用寿命长，其中P原子的杂化方式为__________________，阴离子的空间结构为__________________。

（3）三元正极材料掺杂Al³⁺可使其性能更优，第四电离能：Mn__________________Al(填“大于”“小于”)，原因是__________________。

（4）铋化锂被认为是很有潜力的正极材料，晶胞结构如图所示。

①晶胞可以看作是由铋原子构成的面心立方晶格，锂原子填充在其中的四面体和八面体空隙处。晶体的化学式为__________________，图中铋原子坐标参数：A为(0，0，0)，    B为(0，1，1)，C为__________________。

②若晶胞参数为anm，则铋原子的半径为__________________nm，八面体间隙中的锂原子与四面体间隙中的锂原子之间的最短距离为__________________nm。

Answer

3 sp3 正四面体 小于 Mn、Al失去的第4个电子分别是3d4、2p6上的电子，2p6为全满稳定结构 Li3Bi（或BiLi3) (，1，)

【解析】

(1)根据构造原理写出Li+能量最低的激发态离子核外电子排布图，核外价层电子占据的轨道数；

(2)根据价层电子对互斥理论判断出价层电子对数，确定阴离子的空间结构；

(3)根据Mn、Al失去的第4个电子后的结构判断；

(4)①锂原子的个数位于棱上，个数为，铋原子位于顶点和面心，个数为，得到化学式为：Li3Bi，根据图示找到C的坐标参数；

②若晶胞参数为anm，则铋原子的半径为4r=a，八面体间隙中的锂原子与四面体间隙中的锂原子之间的最短距离为体对角线的。

(1)锂是3号元素，锂离子的核外电子排布式为1s2，Li+能量最低的激发态离子，将1s上的一个电子激发到能量仅比1s高的电子轨道2s，其电子排布图为；Mn4+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，价电子占据的轨道名称为3d，轨道数为3个；

(2)磷酸根的价层电子对数为4+=4对，P原子的杂化方式为sp3杂化，阴离子没有孤对电子，空间结构为正四面体；

(3)Mn、Al失去的第4个电子分别是3d4、2p6上的电子，2p6为全满稳定结构 ，故第四电离能：Mn小于Al；

(4)①锂原子的个数位于棱上，个数为，铋原子位于顶点和面心，个数为，得到化学式为：Li3Bi；根据图示找到C的坐标参数(，1，)；

②若晶胞参数为anm，则铋原子的半径为4r=anm，r=nm，八面体间隙中的锂原子与四面体间隙中的锂原子之间的最短距离为体对角线的，体对角线的长度为，八面体间隙中的锂原子与四面体间隙中的锂原子之间的最短距离为。