Question

【题目】锂离子二次电池正极材料磷酸亚铁锂是应用广泛的正极材料之一。一种制备磷酸亚铁锂的化学方法为：C+4FePO4+2Li2CO34LiFePO4+3CO2↑．回答下列问题：

(1)Fe失去电子变成为阳离子时首先失去______轨道的电子。

(2)C、O、Li原子的第一电离能由大到小的顺序是______；PO43-的空间构型为______。

(3)C与Si同主族，CO2在高温高压下所形成的晶体结构与SiO2相似，该晶体的熔点比SiO2晶体______（填“高”或“低”）。硅酸盐和SiO2一样，都是以硅氧四面体作为基本结构单元，下图表示一种含n个硅原子的单链式多硅酸根的结构（投影如图1所示），Si原子的杂化类型为______，其化学式可表示为______。

(4)图2表示普鲁士蓝的晶体结构（个晶胞，K+未标出，每隔一个立方体在立方体体心有一个钾离子）。

①普鲁士蓝晶体中每个Fe3+周围最近且等距离的Fe2+数目为______个。

②晶体中该立方体的边长为a nm，设阿伏加德罗常数为NA，其晶体密度为______gcm-3。

Answer 1

【答案】4s O＞C＞Li 正四面体 高 sp3 （SiO3）n2n- 6

【解析】

（1）失电子先从最外层失去；

（2）同周期主族元素，随着原子序数增大，电负性增强，根据VSEPR理论判断PO43-的空间构型；

（3）CO2在高温高压下所形成的晶体结构与SiO2相似，C的半径小于Si，[SiO4]中Si的价层电子对数为4，根据均摊原理计算化学式；

（4）①根据晶体结构，Fe3+周围的Fe2+离子在顶点上；

②根据 晶胞计算1个整晶胞的质量，再由密度公式计算晶体密度。

（1）Fe的基态核外电子排布为：[Ar]3d64s2，失电子先从最外层失去，所以先失去4s2电子；

故答案为：4s；

（2）同周期主族元素，随着原子序数增大，电负性增强，所以C、O、Li原子的第一电离能由大到小的顺序是：O＞C＞Li；对于PO43-，根据VSEPR理论，VP=BP+LP=4+=4，则其空间构型为正四面体；

故答案为：O＞C＞Li；正四面体；

（3）CO2在高温高压下所形成的晶体结构与SiO2相似，C的半径小于Si，所以C-O之间的作用力比Si-O之间作用力强，熔点更高，[SiO4]中Si的价层电子对数为4，所以Si原子的杂化类型为sp3；根据均摊原理，一个基本单元中含有1个Si，O的数目为2+2× =3个，一个基本单元所带电荷为2-，则其化学式可表示为：（SiO3）n2n-；

故答案为：高；sp3；（SiO3）n2n-；

（4）①根据晶体结构，Fe3+周围的Fe2+离子在顶点上，以其中一个顶点的Fe3+来看，由于晶胞的无隙并置，该Fe3+所在晶胞内有等距最近的Fe2+3个，这3个相当于分别存在三条坐标轴半轴上，则每个Fe3+周围最近且等距离的Fe2+数目为2×3=6个；

故答案为：6；

②取1mol晶胞，则1mol晶胞质量为m=8×（8××56+12××26）+4×39g=1228g，1mol晶胞即有NA个晶胞，1个整晶胞体积为V=（2a）3×10-21cm3，所以晶体密度为=g/cm3=g/cm3；

故答案为：。