Question

磷酸亚铁锂（LiFePO₄）电池具有安全性高、寿命长、容量大高温性能好、无记忆效应和无污染等特点．
（1）写出基态Fe²⁺的核外电子排布式

 

．
（2）PO₄^3-的空间构型为

 

．
（3）磷酸亚铁锂（LiFePO₄）可以由磷酸二氢锂、三氧化二铁和过量炭粉在高温下制备，反应产物还有CO和H₂O．
①该反应的化学方程式为

 

．
②与CO互为等电子体的一种分子为

 

（填化学式），1mol CO中含有的σ键数目为

 

．
③H₂O分子中氧原子轨道的杂化类型为

 

．
（4）铁有δ、γ、α三种同素异形体，γ晶体晶胞中所含有的铁原子数为

 

，δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比为

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,共价键的形成及共价键的主要类型,判断简单分子或离子的构型,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）铁是26号元素，其原子核外有26个电子，铁原子失去2个电子变成Fe²⁺，根据构造原理书写Fe²⁺核外电子排布式；
（2）根据价层电子对互斥理论确定PO₄^3-的空间型；
（3）①根据题中的反应物和生成物利用元素守恒和电荷守恒写出化学方程式；
②根据等电子体的定义：原子数和价电子数都相等的粒子称为等电子体，可写出CO的等电子体，互为等电子体的结构相似，判断σ键数目；
③根据水的中心原子的价电子对数判断杂化方式；
（4）利用均摊法计算原子数；根据晶胞的结构确定配位数目，再求得配位数之比；

解答： 解：（1）铁是26号元素，其原子核外有26个电子，铁原子失去最外层2个电子变成Fe²⁺，根据构造原理知，其基态离子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶ 或[Ar]3d⁶，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶ 或[Ar]3d⁶；
（2）PO₄^3-中心原子为P，其中σ键电子对数为4，中心原子孤电子对数为

1

2

（5+3-4×2）=0，PO₄^3-价层电子对对数为4+0=4，故立体构型为正四面体，故答案为：正四面体；
（3）①根据题中的反应物和生成物利用元素守恒和电荷守恒写出化学方程式为2LiH₂PO₄+Fe₂O₃+C=2LiFePO₄ +CO↑+2H₂O，故答案为：2LiH₂PO₄+Fe₂O₃+C=2LiFePO₄ +CO↑+2H₂O；
②根据等电子体的定义：原子数和价电子数都相等的粒子称为等电子体，CO的价电子数为10，原子数为2，与它互为等电子体的分子为N₂，互为等电子体的结构相似，N₂中σ键数目为1，所以1mol CO中含有的σ键数目为1mol（或6.02×10²³个）故答案为：N₂；1mol（或6.02×10²³个）；
③根据水的中心原子的氧原子的价电子对数为

6+2

2

=4，所以氧原子的杂化方式为sp³杂化，故答案为：sp³；
（4）利用均摊法计算得γ晶体晶胞中所含有的铁原子数为8×

1

8

+6×

1

2

=4；根据晶胞的结构可知，δ晶胞中以顶点铁原子为例，与之距离最近的铁原子是体心上的铁原子，这样的原子有8个，所以铁原子的配位数为8，α晶胞中以顶点铁原子为例，与之距离最近的铁原子是与之相连的顶点上的铁原子，这样的原子有6个，所以铁原子的配位数为6，所以δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比为8：6=4：3，故答案为：4：4：3；

点评：本题主要考查了原子核外电子排布式、分子空间构型、原子杂化方式、晶胞的结构计算等知识点，中等难度，解题时注重基础知识的运用．