Question

【題目】LiCoO2用途廣泛，如可作為鋰離子電池的電極。回答下列問題。

(1)在周期表中，與Li的化學性質(zhì)最相似的鄰族元素是_________，該元素基態(tài)原子核外M層電子的自旋狀態(tài)_________（填“相同”或“相反”）。

(2)[Co(NH3)6]Cl3是橙黃色晶體，該配合物中提供空軌道接受孤對電子的微粒是___，配體分子的價層電子對互斥模型為___，寫出一種與配體分子互為等電子體的分子_________（填分子式）。

(3)某鈷化合物納米粉可以提高堿性電池的性能。該化合物晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則該鈷化合物的化學式為______，與Co原子等距離且最近的O原子個數(shù)為______。

(4)Li還可形成多種物質(zhì)。二異丙基胺基鋰()是有機合成中常用的物質(zhì)，氮原子的雜化方式為_________。Li+可以鑲嵌在C60中，形成的[LiC60]PF6與NaCl具有類似的晶胞結(jié)構(gòu)，下面是從某晶體結(jié)構(gòu)中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從[LiC60]PF6晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是___。

(5)金屬鋰晶體的結(jié)構(gòu)為體心立方密堆積，晶胞邊長為351 pm，則鋰晶體中原子的空間利用率為_________(列出含π的計算式)。

Answer 1

【答案】Mg 相反 Co3+ 四面體形 PH3（或AsH3） CoTiO3 12 sp3 AD ×100%

【解析】

(1)根據(jù)對角線法則分析；

(2)在配位化合物中，配位體提供孤對電子，中心離子提供空軌道；根據(jù)價層電子對互斥理論判斷配位體的空間構(gòu)型，根據(jù)等電子體概念書寫其相應(yīng)的等電子體化學式；

(3)用均攤方法計算一個晶胞中含有的各種元素的原子數(shù)目，得到其化學式，根據(jù)空間分布計算一個Co原子等距離且最近的O原子個數(shù)；

(4)結(jié)合原子形成的軌道數(shù)目分析計算；結(jié)合NaCl的晶體結(jié)構(gòu)分析判斷；

(5)Li為體心立方結(jié)構(gòu)，先計算出1個晶胞中含有的Li的原子數(shù)目，再根據(jù)晶胞體積及Li原子的體積計算鋰晶體中原子的空間利用率。

(1)在周期表中，與Li的化學性質(zhì)最相似的鄰族元素是Mg，Mg是12號元素，原子核外電子排布為2、8、2，所以在價態(tài)Mg原子核外M層上有2個電子在同一軌道上，自旋方向相反；

(2)在配位化合物[Co(NH3)6]Cl3中，中心離子Co3+提供空軌道，接受孤電子對，配位體NH3的N原子提供孤電子對，NH3的中心原子N原子形成3個N-H鍵，還有一對孤對電子，價層電子對數(shù)為3+1=4，NH3的價層電子對互斥模型為四面體形；與NH3互為等電子體的分子為PH3或AsH3；

(3)根據(jù)物質(zhì)的晶胞結(jié)構(gòu)可知，Ti在晶體內(nèi)，在一個晶胞中含有Ti原子1個；Co原子位于晶胞的頂點上，1個晶胞中含有的Co原子數(shù)目為8×=1，O原子在晶胞各個面的面心上，含有的O原子數(shù)目為6×=3，所以該晶體化學式為CoTiO3；在CoTiO3晶體中，1個Co原子周圍等距離且最近的O原子個數(shù)為(3×8)÷2=12個；

(4)N原子形成了3個共價鍵，還有1對孤對電子，價層電子對數(shù)為3+1=4，所以雜化軌道類型為sp3雜化；在NaCl晶體中1個Na+周圍有6個Cl-，1個Cl-周圍有6個Na+。[LiC60]PF6與NaCl具有類似的晶胞結(jié)構(gòu)，所以1個[LiC60]+周圍有6個PF6-，1個PF6-周圍有6個[LiC60]+，故合理選項是AD；

(5)金屬鋰晶體的結(jié)構(gòu)為體心立方密堆積，在一個晶胞中含有的Li原子個數(shù)為8×+1=2，Li晶胞邊長為351 pm，則Li原子半徑r=×351 pm，因此2個Li原子所占體積V(Li)=2×πr3=2×π，晶胞的體積V(晶胞)=，所以Li晶胞中原子的空間占有率為×100%。