Question

【題目】電能是一種無污染、可再生的二級能源。儲電材料種類繁多。如圖是兩種儲電材料，請閱讀試題，觀察圖片，回答問題。

Ⅰ.新型碳氮材料的儲電能力應用前景廣闊。其基本構成單元如圖所示。

(1)圖1中化學鍵σ鍵與π鍵之比為________；圖2中碳原子的雜化方式為________。

(2)在基態原子中，核外存在_____對自旋相反的電子，核外電子占據的最高能級的電子云輪廓圖為____形。

(3)碳的最高價含氧酸根的空間構型是__________；硝酸的酸性強于亞硝酸的原因是__________。

Ⅱ.傳統鋰電池的主要成分是，其晶胞結構如圖所示；因結構中存在籠狀空隙，可以與和發生位置替換，形成儲電性能更加優良的化合物。

(4)基態原子的價電子排布式為_____________；化合物中O元素在晶胞中的位置，除了位于正六棱柱的頂點外，其他具體位置是__________。

(5)已知化合物中各原子半徑依次為：，晶胞的棱長為m，底邊邊長為n，該晶體的空間利用率的計算表達式為__________(用含有a、b、c、d、e、m、n的式子表示)。

Answer 1

【答案】2∶1 2 啞鈴(紡錘) 平面三角形 硝酸中N原子化合價高于亞硝酸中N原子化合價，硝酸中非羥基氧的個數比亞硝酸多，非羥基氧的數目越多酸性越強 O位于上下兩個面心、六棱柱的側面

【解析】

(1)圖1中所示分子是H2NC≡N，故1個分子中含有4個σ鍵，2個π鍵，故其比值為2∶1；圖2中所示物質其實是三分子圖1所示物質發生加聚反應而得，結構簡式為，故其碳原子的雜化方式為；故答案為：2∶1 ；

(2)在基態原子核外電子排布式為1s22s22p3中，1s和2s均有自旋相反的電子，核外存在2對，核外電子占據的最高能級是2p能級，其電子云輪廓圖為啞鈴(紡錘)形，故答案為：2 啞鈴(紡錘)；

(3)碳的最高價含氧酸根即，經計算C原子周圍無孤對電子，由3個σ鍵，其空間構型是平面三角形；一是同種元素形成的不同價態的含氧酸，中心原子化合價越高酸性越強，硝酸中N原子化合價+5大于亞硝酸中N原子化合價+3；二是非羥基氧的個數前者為2，后者為1，非羥基氧的數目越多酸性越強；故答案為：平面三角形 硝酸中N原子化合價高于亞硝酸中N原子化合價，硝酸中非羥基氧的個數比亞硝酸多，非羥基氧的數目越多酸性越強；

Ⅱ．(4)基態是27號元素，其原子的價電子排布式為；從晶胞結構圖中可以清楚地看出化合物中O元素在晶胞中的位置，除了位于正六棱柱的頂點外，其他具體位置上下兩底面的面心和六個側面面上，故答案為： O位于上下兩個面心、六棱柱的側面；

(5)由晶胞圖中可以計算出分別含有Li的個數為：，結合化學式化合物可知，一個晶胞中含有的Li、Ni、Mn、Co、O的個數分別為：3、1、1、1、6，晶胞中所有原子的體積之和為，而一個晶胞的體積為 ,該晶體的空間利用率的計算表達式為 ；故答案為：。