Question

2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰三位科学家，以表彰他们对锂离子电池的研究。

(1)LiAlH₄是有机合成中常用的还原剂，LiAlH₄中的阴离子空间构型是______，中心原子的杂化形式为___，与阴离子互为等电子体的一种分子为_________

(2)Li₂O是离子晶体,其晶格能可通过下图的Born-Haber循环计算得到。

可知Li原子的第一电离能为____kJ·mol^-1，O=O键键能为_____kJ·mol^-1，Li₂O晶格能为_____kJ·mol^-1

(3)硼和锂同周期，B原子核外有__种不同运动状态的电子。基态B原子中，能量最高的电子所占据的原子轨道的形状为____。晶体硼有多种变体，但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体(如下图)，每个顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。则每一个此基本结构单元由___个硼原子构成；若该结构单元中有2个原子为¹⁰B(其余为¹¹B)，那么该结构单元有____种不同类型

(4)锰的化合物也广泛应用于电池，基态锰原子的核外电子排布式为____，MnO的熔点(1650 ℃)比MnS的熔点(1610 ℃)高的原因是_________，含锰的一种磁性材料的单晶胞结构如图：

该晶胞中碳原子的原子坐标为_________

Answer

正四面体形 sp3 CH4(或SiH4等其他合理答案) 520 498 2908 5 哑铃形(或纺锤形) 12 3 1s22s22p63s23p63d54s2{或[Ar]3d54s2 MnO的晶格能更大 (,,)

【解析】

(1)LiAlH4中的阴离子为AlH，中心Al原子的价层电子对数为=4，不含孤电子对，所以空间构型为正四面体形，杂化方式为sp3杂化；原子总数相同，价电子总数也相同的分子、离子或基团互为等电子体，所以AlH的等电子体有CH4(或SiH4等其他合理答案)；

(2)Li原子的第一电离能为气态基态Li原子失去1个电子形成气态基态正一价阳离子所需要的能量，据图可知其第一电离能为kJ/mol=520kJ/mol；O=O键键能为1mol气态氧分子解离为气态氧原子所需的能量，据图可知其键能为2×249kJ/mol=498kJ/mol；晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，所以其晶格能为2908kJ/mol；

(3)B元素为5号元素，原子核外有5个电子，每个电子的运动状态各不相同，所以有5种不同运动状态的电子；基态B原子中，能量最高的电子所占据的能级为2p能级，其轨道形状为哑铃形(或纺锤形)；

根据晶胞结构示意图可知每个B原子被5个面共用，每个面上有3个B原子，共有20个面，所以每一个此基本结构单元由=12个B原子构成；

若该分子中有2个原子为10B(其余为11B)，从两个10B原子的位置考虑，该分子中所有B原子所处环境完全相同，所以有3种不同类型，如图(数字代表另一个10B)；

(4)锰元素为25号元素，基态原子核外有25个电子，所以基态锰原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2{或[Ar]3d54s2；氧离子的半径比硫离子的半径要小，所以MnO的晶格能更大，熔点更高；据图可知A为坐标原点，根据B的坐标可知晶胞棱长为1，C原子位于体心，所以坐标为(,,)。