Question

【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三位化學(xué)家，以表彰其對(duì)研究開發(fā)鋰離子電池作出的卓越貢獻(xiàn)。LiFePO4、聚乙二醇、LiPF6、LiAsF6和LiCl等可作鋰離子聚合物電池的材料。回答下列問題：

（1）Fe的價(jià)層電子排布式為___。

（2）Li、F、P、As四種元素的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)?/span>___。

（3）乙二醇(HOCH2CH2OH)的相對(duì)分子質(zhì)量與丙醇(CH3CH2CH2OH)相近，但沸點(diǎn)高出100℃，原因是___。

（4）電池工作時(shí)，Li+沿聚乙二醇分子中的碳氧鏈遷移的過程如圖甲所示（圖中陰離子未畫出）。電解質(zhì)LiPF6或LiAsF6的陰離子結(jié)構(gòu)如圖乙所示(X=P、As)。

①聚乙二醇分子中，碳、氧的雜化類型分別是___、___。

②從化學(xué)鍵角度看，Li+遷移過程發(fā)生___（填“物理變化”或“化學(xué)變化”）。

③PF6中P的配位數(shù)為___。

④相同條件，Li+在___（填“LiPF6”或“LiAsF6”）中遷移較快，原因是___。

（5）以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。LiCl·3H2O屬正交晶系（長方體形）。晶胞參數(shù)為0.72nm、1.0nm、0.56nm。如圖為沿x軸投影的品胞中所有Cl原子的分布圖和原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。據(jù)此推斷該晶胞中Cl原子的數(shù)目為___。LiCl·3H2O的摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1，設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，則LiCl·3H2O晶體的密度為___g·cm-3（列出計(jì)算表達(dá)式）。

Answer 1

【答案】3d64s2 F、P、As、Li 乙二醇分子中羥基比丙醇的多，分子間的氫鍵比丙醇多，分子間作用力較大 sp3 sp3 化學(xué)變化 6 LiAsF6 AsF6-的半徑比PF6-的大，AsF6-與Li+的作用力比PF6-弱 4

【解析】

(1)Fe為26號(hào)元素，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2；

(2)非金屬性越強(qiáng)，電負(fù)性越強(qiáng)；

(3)根據(jù)氫鍵的數(shù)量分析判斷；

(4)①根據(jù)圖中聚乙二醇的碳氧鍵鏈方式分析判斷雜化軌道類型；

②化學(xué)變化過程是舊鍵的斷裂和新鍵的形成；

③與中心原子直接以配位鍵相結(jié)合的原子個(gè)數(shù)即為配位數(shù)；

④相同條件，AsF6-的半徑比PF6-的大，對(duì)鋰離子的作用力大小不同；

(5)根據(jù)晶胞密度公式計(jì)算；

(1)Fe為26號(hào)元素，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，故價(jià)層電子排布式為3d64s2；

(2)非金屬性越強(qiáng)，電負(fù)性越強(qiáng)，非金屬性：F＞P＞As＞Li，則四種元素的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)?/span>F、P、As、Li；

(3)乙二醇分子中羥基比丙醇的多，分子間的氫鍵比丙醇多，分子間作用力較大；

(4)①圖中聚乙二醇的碳原子都是形成4個(gè)單鍵，無孤電子對(duì)，為sp3雜化，氧原子都是形成2個(gè)單鍵，有2對(duì)孤電子，為sp3雜化；

②化學(xué)變化過程的實(shí)質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成，Li+在遷移過程中要將舊的配位鍵斷裂，遷移后再形成新的配位鍵，符合化學(xué)變化過程的要求；

③與中心原子直接以配位鍵相結(jié)合的原子個(gè)數(shù)即為配位數(shù)，由圖乙所示，PF6的中心原子為P，與之以配位鍵相結(jié)合的F原子有6個(gè)，則配位數(shù)為6；

④AsF6-的半徑比PF6-的大，AsF6-與Li+的作用力比PF6-弱，則Li+在LiAsF6中遷移較快；

(5)如圖為沿x軸投影的品胞中所有Cl原子的分布圖和原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。其中2個(gè)Cl原子在晶胞內(nèi)部，4個(gè)Cl在晶胞的面上，則該晶胞中Cl原子的數(shù)目為2+4×=4個(gè)；晶胞參數(shù)為0.72nm、1.0nm、0.56nm。則晶胞的體積為0.72nm×1.0nm×0.56nm=(0.72×1.0×0.56)nm3=(0.72×1.0×0.56×10-21)cm3，晶胞中含有4個(gè)Cl原子，即含有4個(gè)LiCl·3H2O，則晶胞的質(zhì)量為g，則LiCl·3H2O晶體的密度為=g·cm-3。