Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎授予三位開發鋰離子電池的科學家。TiS2、LiCoO2、LiFePO4、LiMnO2、Cu與磷的化合物等都是研究電池的常用材料。請回答下列問題。

（1）Co4+中存在__種不同能量的電子。

（2）你預測第一電離能：Cu__Zn(填“＞”或“＜”)。請說出你的理由：__。

（3）已知下列化合物的熔點：

化合物	AlF3	GaF3	AlCl3
熔點/℃	1040	1000	194

表格中鹵化物的熔點產生差異的原因是：___。

（4）直鏈多磷酸鹽的陰離子有復雜的結構，焦磷酸根離子、三磷酸根離子結構如圖：

這類磷酸根離子的化學式可用通式表示為___(用n代表P原子數)。

（5）鈷藍晶胞結構如圖1所示，該立方晶胞由4個Ⅰ型和4個Ⅱ型小立方體構成如圖2，則鈷藍晶體的化學式為___。在晶體中，某些原子位于其它原子圍成的空隙中，如圖3中●原子就位于最近的4個原子圍成的正四面體空隙中。在鈷藍晶體中，Al3+位于O2-形成的___空隙中。若阿伏加德羅常數用NA表示，則鈷藍晶體的密度為___g·cm-3(列計算式即可，不必化簡)。

Answer 1

【答案】6 < 由于銅的核電荷數比鋅小，原子半徑比鋅大，并且最外層是不穩定的4s1結構，而鋅是相對穩定的4s2結構。所以氣態銅易失去一個電子，即第一電離能較低 AlF3與GaF3為離子晶體，AlCl3為分子晶體，離子晶體的熔點高于分子晶體，又由于Al3+半徑小于Ga3+，離子鍵較強（晶格能較大），所以有熔點AlF3>GaF3>AlCl3 (PnO3n＋1)(n＋2)-或PnO3n＋1(n＋2)- CoAl2O4 八面體

【解析】

（1）不同能級的電子能量不同；

（2）原子軌道處于全滿、半滿、全空時為穩定狀態；

（3）AlF3、GaF3為離子晶體，Al3+半徑小于Ga3+，AlCl3為分子晶體；

（4）根據焦磷酸根離子、三磷酸根離子結構，重復單元為；

（5）根據均攤原則計算晶胞的化學式；；

（1）不同能級的電子能量不同；Co4+的核外電子排布式是1s22s2sp63s23p63d5，存在6種不同能量的電子；

（2）Cu核外電子排布式是1s22s2sp63s23p63d104s1 ，Zn核外電子排布式是1s22s2sp63s23p63d104s2，由于銅的核電荷數比鋅小，原子半徑比鋅大，并且最外層是不穩定的4s1結構，而鋅是相對穩定的4s2結構。所以氣態銅易失去一個電子，即第一電離能較低；

（3）AlF3與GaF3為離子晶體，AlCl3為分子晶體，離子晶體的熔點高于分子晶體，又由于Al3+半徑小于Ga3+，離子鍵較強（晶格能較大），所以有熔點AlF3>GaF3>AlCl3；

（4）根據焦磷酸根離子、三磷酸根離子結構，重復單元為，所以氧原子數是磷原子數的3倍加1，電荷數是磷原子數加2；所以這類磷酸根離子的化學式可用通式表示為(PnO3n＋1)(n＋2)-；

（5）Ⅰ型立體結構含有Co原子數是 、O原子數是4，Ⅱ型小立方體含有Co原子數是 、O原子數是4、Al原子數是4，該立方晶胞由4個Ⅰ型和4個Ⅱ型小立方體構成，所以1個晶胞含有Co原子數是8、O原子數是32、Al原子數是16，鈷藍晶體的化學式為CoAl2O4；根據圖示，在鈷藍晶體中，Al3+位于O2-形成的八面體空隙中；晶胞中含有Co原子數是8、O原子數是32、Al原子數是16，晶胞的體積是 ，所以密度是。