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【题目】磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。请回答下列问题:

1)基态Fe原子的价电子轨道表示式(电子排布图)为____O2-核外电子有___种运动状态。

2)锂的紫红色焰色是一种_______光谱,LiFePO4中阴离子VSEPR模型名称为______,中心原子的杂化轨道类型为____

3)一般情况下,同种物质固态时密度比液态大,但普通冰的密度比水小,原因是____________H2O2难溶于CS2,简要说明理由:____________________

4Li2O是离子晶体,其晶体能可通过如图甲的Born - Haber循环计算得到。可知,Li2O晶格能为____kJ/mol

5)磷化钛熔点高、硬度大,其晶胞如图乙所示。

①磷化钛晶体中Ti原子周围最邻近的Ti数目为____;设晶体中Ti原子与最邻近的P原子之间的距离为r,则Ti原子与跟它次邻近的P原子之间的距离为_______

②设磷化钛晶体中TiP原子半径分别为a pmb pm,它们在晶体中紧密接触,则该晶胞中原子的空间利用率为_____ (用ab表示)。

【答案】 10 发射 正四面体 sp3 液态水中分子间相对自由,冰中每个水分子中的氢原子和氧原子共参与形成4个氢键,水分子形成正四面体,分子间距离增大,密度减小 H2O2为极性分子,CS2为非极性分子,根据相似相溶原理,H2O2难溶于CS2 2908 12 r

【解析】

(1) Fe的电子排布式是[Ar3d64s2 O2-核外电子总数为10,其原子核外有10种运动状态不同的电子;

(2)PO43-P原子价层电子对个数=,且不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断该微粒空间构型及P原子的杂化形式;

(3) 液态水中分子间相对自由,冰中每个水分子中的氢原子和氧原子共参与形成4个氢键,水分子形成正四面体,使水分子之间间隙增大,密度变小,导致固态H2O的密度比其液态时小, H2O2为极性分子,CS2为非极性溶剂,根据相似相溶规律可知;

(4) 晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量

(5) ①有一个Ti原子位于体心,在三维坐标中,体心Ti原子可以形成3个面,每一个形成的面上有4Ti原子;由晶胞的截图可知,顶点Ti原子与小立方体顶点P原子最邻近,与体对角线的P原子次近邻;

②磷化钛晶胞为面心立方密堆积,晶胞中P原子位于顶点和面心上,Ti位于棱边上和体内,利用均摊法计算。

(1) Fe的电子排布式是[Ar3d64s2,价电子轨道表示式(电子排布图)为,故答案为: O2-核外电子总数为10,其原子核外有10种运动状态不同的电子,故答案为10

(2)紫红色波长介于380-435nm之间,是一种发射光谱,故答案为:发射;PO43-P原子价层电子对个数=,且不含孤电子对,据价层电子对互斥理论判断该微粒VSEPR模型为正四面体形、P原子的杂化形式为sp3;故答案为正四面体、sp3

(3) 液态水中分子间相对自由,冰中每个水分子中的氢原子和氧原子共参与形成4个氢键,水分子形成正四面体,使水分子之间间隙增大,密度变小,导致固态H2O的密度比其液态时小,故答案为:液态水中分子间相对自由,冰中每个水分子中的氢原子和氧原子共参与形成4个氢键,水分子形成正四面体,分子间距离增大,密度减小; H2O2为极性分子,CS2为非极性溶剂,根据相似相溶规律可知,H2O2难溶于CS2

故答案为:H2O2为极性分子,CS2为非极性分子,根据相似相溶原理,H2O2难溶于CS2

(4) 图中: 2Li(晶体)+1/2O2(g)=Li2O(晶体)的△H=-598KJ·mol1 ,Li原子的第一电离能为Li原子失去1个电子所需要的能量,所以其第一电离能为1040/2kJ·mol-1=520kJ·mol-1;O=O键键能为氧气分子变为氧原子所需能量,其键能=2×249kJ·mol-1=498kJ·mol-1;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-1故答案为:2908

(5) ①根据磷化钛晶体可知,有一个Ti原子位于体心,在三维坐标中,体心Ti原子可以形成3个面,每一个形成的面上有4Ti原子,则该Ti原子最邻近的Ti的数目为3×4=12个;由晶胞的截图可知,顶点Ti原子与小立方体顶点P原子最邻近,与体对角线的P原子次近邻,Ti原子与跟它最邻近的P原子之间的距离为r,则跟它次邻近的P原子之间的距离为=r,故答案为:12r

磷化钛晶胞为面心立方密堆积,晶胞中P原子位于顶点和面心上,Ti位于棱边上和体内,每个晶胞中含有的P原子个数为8×+6×=4,含有的Ti原子个数为 12×+1=4P原子和Ti原子的体积之和为π(a+b3×4 pm3,晶胞的边长(2a+2bpm,体积为(2a+2b3pm3,则在磷化钛晶体中原子的空间利用率为×100%,故答案为:×100%

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弱酸

HNO2

CH3COOH

电离平衡常数

5.0×104

1.7×105

A.曲线代表CH3COOH溶液

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Ka=3.0×10—8

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