Question

【題目】三位化學(xué)家因研究鋰電池做出開創(chuàng)性貢獻(xiàn)而獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)可用作鋰離子電池正極材料，具有熱穩(wěn)定性好、循環(huán)性能優(yōu)良、安全性高等特點(diǎn)；成為目前廣泛使用的鋰電池。

（1）鐵元素在元素周期表中的位置__；LiFePO4中Fe2+基態(tài)電子排布式是__。

（2）P的電負(fù)性___O的電負(fù)性（填寫“大于”“小于”或“等于”）；PO43-的空間構(gòu)型是__，中心原子的雜化方式是___。

（3）Li+與H-具有相同的電子構(gòu)型，r(Li+)小于r(H-)，原因是__。

（4）FeCl3中的化學(xué)鍵具有明顯的共價(jià)性，蒸汽狀態(tài)下以雙聚分子存在的FeCl3的結(jié)構(gòu)式為__，其中Fe的配位數(shù)為__。

（5）有一種藍(lán)色晶體[可表示為：KFex(CN)6，相對(duì)分子質(zhì)量為Mr]，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，其晶胞的如圖所示（K+未畫出）。

①晶體中與每個(gè)Fe3+距離最近且等距離的CN-有__個(gè)。

②該晶體的化學(xué)式為__。

③若晶胞中每個(gè)Fe3+和Fe2+距離用anm表示，則晶體的密度表達(dá)式是__g/cm3。

Answer 1

【答案】第四周期Ⅷ族 [Ar]3d6 小于 正四面體 sp3 Li+核電荷數(shù)較大 4 6 KFe2(CN)6

【解析】

(1)鐵元素為26號(hào)元素，根據(jù)鐵原子的核外電子排布式書寫Fe2+基態(tài)電子排布式；

(2)非金屬性越強(qiáng)則電負(fù)性越強(qiáng)；根據(jù)磷原子價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定其空間構(gòu)型及磷原子的雜化方式；

(3)電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，離子核電荷數(shù)越大，其吸引電子能力越大；

(4)在氯化鐵雙聚分子中，鐵原子除了與3個(gè)氯原子形成共價(jià)鍵外，還能接受另一個(gè)氯原子提供的孤電子對(duì)而形成配位鍵；

(5)①根據(jù)晶胞圖示分析判斷；

②由圖可推出晶體中陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元中含Fe2+、Fe3+、CN-的個(gè)數(shù)，結(jié)合化合物化合價(jià)為0分析解答；

③結(jié)合最小結(jié)構(gòu)單元晶胞圖示，根據(jù)密度公式解答。

(1)鐵元素為26號(hào)元素，位于周期表中第四周期Ⅷ族，鐵原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，則Fe2+基態(tài)電子排布式：1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6；

(2)非金屬性越強(qiáng)其電負(fù)性越強(qiáng)，非金屬性P＜O，則電負(fù)性P小于O；PO43-中P原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+×(5+34×2)=4，所以P原子按sp3方式雜化，P原子周圍不含孤電子對(duì)，所以其空間構(gòu)型正四面體；

(3)Li+與H-具有相同的電子構(gòu)型，Li+核電荷數(shù)為3，H-核電荷數(shù)為1，電子結(jié)構(gòu)相同時(shí)，Li+核電荷數(shù)越大，原子核對(duì)核外電子的吸引能力越大，離子半徑就越小，則r(Li+)小于r(H-)；

(4)氯化鐵的雙聚體，就是兩個(gè)氯化鐵相連接在一起，已知氯化鐵的化學(xué)鍵有明顯的共價(jià)性所以仿照共價(jià)鍵的形式將兩個(gè)氯化鐵連接在一起，即結(jié)構(gòu)式為，因此Fe的配位數(shù)為4；

(5)①由圖可看出與每個(gè)Fe3+上下、左右、前后各一個(gè)CN，故距離最近且等距離的CN為6個(gè)；

②由圖可推出晶體中陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元中含Fe2+個(gè)數(shù)為：4×=，同樣可推出含Fe3+個(gè)數(shù)也為，CN為12×=3，因此陰離子為[Fe2(CN)6]，則該晶體的化學(xué)式只能為KFe2(CN)6；

③由②分析，結(jié)合最小結(jié)構(gòu)單元晶胞圖示，晶胞邊長(zhǎng)為2anm，則整個(gè)晶胞的體積V=(2anm)3=8a3×10-21 cm3，整個(gè)晶胞中Fe2+個(gè)數(shù)為：8×=4，Fe3+個(gè)數(shù)也為4，CN個(gè)數(shù)為3×8=24，即整個(gè)晶胞的摩爾質(zhì)量為4，根據(jù)密度公式。