Question

磷酸铁锂电池是绿色环保型电池，电池的总反应为：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆= LiFePO₄+C₆。

(1)LiFepO₄中Fe²⁺的价电子排布图(轨道表达式)为___________，该电池反应物中涉及第二周期的元素的第一电离能由大到小的顺序是___________(用元素符号表示)。

(2)H₃PO₄和H₂CO₃中P和C原子的杂化方式_____(填“相同”或“不相同”)。PO₄^3－的空间结构为___________。

(3)石墨可用作锂离子电池的负极材料，Li⁺嵌人石墨的两层间，导致石墨的层堆积方式发生改变，形成化学式为Li_xC₆的嵌入化合物。某石墨嵌入化合物的平面结构如右图所示，则x=___________；若每个六元环都对应一个L i⁺，则化学式为___________。

(4)某金属锂的硼氢化物是优质固体电解质，并具有高储氢密度。阳离子为Li⁺，阴离子是由12个硼原子和12个氢原子所构成的离子团。阴离子在晶胞中位置如图所示，其堆积方式为___________，Li⁺占据阴离子组成的所有正四面体中心，该化合物的化学式为___________(用最简整数比表示)。假设晶胞边长为a nm，则两个最近的Li⁺的距离为___________nm。

Answer

O>C>Li 不相同 正四面体 1 面心立方堆积

【解析】

(1) 铁元素是26号元素，Fe2+核外有24个电子，根据能量最低原理分析；同周期元素从左到右，第一电离能有增大的趋势；(2)价电子对数=(中心原子价电子数+配位原子提供的电子数 离子所带电荷数)，据此计算杂化轨道数；(3)根据石墨嵌入化合物的平面结构图分析Li、C原子数比；(4)根据阴离子在晶胞中位置图，判断堆积方式；利用“均摊法”计算该化合物的化学式；根据晶胞结构分析两个最近的Li+的距离。

(1) 铁元素是26号元素，Fe2+核外有24个电子，根据能量最低原理，Fe2+核外电子排布是1S22S22P63S23P63d6，价电子排布图为

；该电池反应物中涉及第二周期的元素有Li、C、O，同周期元素从左到右，第一电离能有增大的趋势，所以第一电离能由大到小的顺序是O>C>Li；(2)根据价电子对数=(中心原子价电子数+配位原子提供的电子数 离子所带电荷数)，价电子对数等于其杂化轨道数，H3PO4中P原子的杂化轨道数是4，P原子杂化方式是SP3，H2CO3中C原子的杂化轨道数是3，C原子杂化方式是SP2，杂化方式不同；PO43－中P原子的杂化轨道数是4，无孤电子对，所以PO43－空间结构为正四面体；(3)根据均摊原则，每个碳环实际占用2个碳原子，每个锂离子占用碳环是 =3，石墨嵌入化合物的Li、C原子数比为1:6，所以 中x=1；若每个六元环都对应一个L i+，则石墨嵌入化合物的Li、C原子数比为1:2，所以化学式是；(4)根据阴离子在晶胞中位置图，阴离子在晶胞顶点和面心，所以堆积方式为面心立方堆积；根据“均摊法”，阴离子数 ，Li+占据阴离子组成的所有正四面体中心，晶胞中共8个锂离子，故该化合物的化学式；根据晶胞结构，晶胞边长为a nm，Li+占据阴离子组成的所有正四面体中心，晶胞边长为a nm，所以两个最近的Li+的距离为相邻的两个正四面体的体心间距（或两个八分之一晶胞立方的体心间距），是晶胞边长的一半，即 nm。