Question

2019年10月9日诺贝尔化学奖授予对锂电池方面研究有贡献的三位科学家。磷酸铁锂电池是绿色环保型电池，电池的总反应式：。磷酸亚铁锂（）可用作锂离子电池正极材料，文献报道可采用、、和苯胺等作为原料制备。

（1）基态P原子核外电子排布式为_________。

（2）该电池总反应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）。

（3）和中的铁元素显、价，请从原子结构角度解释为何能显、价________。

（4）苯胺（）与甲苯（）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（℃）、沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（℃）、沸点（110.6℃），原因是____________________。

（5）中，的空间构型为_______。与互为等电子体的分子或离子有_______（写两种），中磷原子杂化轨道类型为__________。

（6）锂晶体为型密堆积即体心立方结构（见图），晶胞中锂的配位数为________。若晶胞边长为，则锂原子的半径r为________。

Answer

1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3 O＞C＞Li Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态，所以可显+3价 苯胺分子之间存在氢键 正四面体 CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等 sp3 8 a

【解析】

(1)P为15号元素，其原子核外有15个电子，根据构造原理书写其核外电子排布式；

(2)该电池总反应中涉及第二周期的元素有Li、C、O元素，同一周期元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第VA族第一电离能大于其相邻元素；

(3)Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态；

(4)能形成分子间氢键的物质熔沸点较高；

(5)NH4+中N原子价层电子对个数是4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断该离子空间构型；与PO43-互为等电子体的分子或离子中含有5个原子、价电子数是24；PO43-中磷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P原子杂化轨道类型；

(6)根据晶胞结构判断锂的配位数；该晶胞中体对角线上3个原子紧密相邻，即Li原子半径的4倍为其体对角线长度，据此分析解答。

(1)P为15号元素，其原子核外有15个电子，根据构造原理，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3，故答案为：1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3；

(2)该电池总反应中涉及第二周期的元素有Li、C、O元素，同一周期元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第VA族第一电离能大于其相邻元素，Li、C、O元素分别位于第IA族、第IVA族、第VIA族，所以第一电离能大小顺序是O＞C＞Li，故答案为：O＞C＞Li；

(3)Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态，所以可显+3价，所以Fe元素能显示+2、+3价，故答案为：Fe的价电子排布为3d64s2，4s上的两个电子易失去而显+2价，3d上再失去1个电子后成半充满状态，所以可显+3价；

(4)能形成分子间氢键的物质熔沸点较高，苯胺分子之间存在氢键，甲苯分子之间不能形成氢键，所以苯胺的熔沸点比甲苯高，故答案为：苯胺分子之间存在氢键；

(5)NH4H2PO4中，NH4+中N原子价层电子对个数=4+=4，不含孤电子对，N原子杂化轨道类型为sp3，空间构型为正四面体；与PO43-互为等电子体的分子或离子中含有5个原子、价电子数是24，符合条件的微粒有CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；PO43-中磷原子价层电子对个数=4+=4，不含孤电子对，P原子杂化轨道类型为sp3；故答案为：正四面体；  CCl4 或ClO4- 或SO42-或SiF4 等；sp3；

(6)根据图示，晶胞中体心的锂原子与顶点的8个锂原子距离相等且最小，锂的配位数为8；若晶胞边长为a pm，该晶胞体对角线长度=apm，该晶胞中体对角线上3个原子紧密相邻，即Li原子半径的4倍为其体对角线长度，则锂原子半径=apm，故答案为：8；a。