Question

【題目】某柔性屏手機的柔性電池以碳納米管做電極材料，以吸收ZnSO4溶液的有機高聚物做固態電解質，其電池總反應為MnO2+Zn+(1+)H2O+ZnSO4MnOOH+ZnSO4[Zn(OH)2]·xH2O，其電池結構如圖甲所示，圖乙是有機高聚物的結構片段。

(1)Mn2+的核外電子排布式為__；有機高聚物中C的雜化方式為__。

(2)已知CN-與N2互為等電子體，推算擬鹵素(CN)2分子中σ鍵與π鍵數目之比為__。

(3)NO2-的空間構型為__。

(4)MnO是離子晶體，其晶格能可通過如圖的Born－Haber循環計算得到。

Mn的第一電離能是__，O2的鍵能是__，MnO的晶格能是__。

(5)R(晶胞結構如圖)由Zn、S組成，其化學式為__(用元素符號表示)。已知其晶胞邊長為a cm，則該晶胞的密度為__g·cm-3(阿伏加德羅常數用NA表示)。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d5 sp2、sp3 3:4 V形 b kJ·mol-1 2e kJ·mol-1 (f-a-b-c-d-e) kJ·mol-1 ZnS

【解析】

(1)錳原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2，由此可確定Mn2+的核外電子排布式；有機高聚物中C的價層電子對數分別為3和4，由此可得出雜化方式；

(2)已知CN-與N2互為等電子體，可推出擬鹵素(CN)2分子結構為N≡C-C≡N，由此可推出σ鍵與π鍵數目之比；

(3)NO2-的價層電子對數為=3，由此可確定空間構型；

(4)Mn的第一電離能是指由Mn(g)→Mn+時吸收的能量，O2的鍵能是指破壞1mol O2分子內 共價鍵所需吸收的能量，MnO的晶格能可利用蓋斯定律求出；

(5)R(晶胞結構如圖)由Zn、S組成，利用均攤法，可求出晶胞中所含有的Zn、S原子數，從而確定其化學式。已知其晶胞邊長為a cm，可求出1個晶胞的體積和質量，從而求出該晶胞的密度；

(1)錳原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2，則Mn2+的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5；有機高聚物中C的價層電子對數分別為3和4，則雜化方式分別為sp2、sp3；答案：1s22s22p63s23p63d5；sp2、sp3；

(2)已知CN-與N2互為等電子體，可推出擬鹵素(CN)2分子結構為N≡C-C≡N，則σ鍵為3個，π鍵為4個，從而得出σ鍵和π鍵為數目之比為3:4；答案為：3:4；

(3)NO2-的價層電子對數為=3，N與2個O各形成共價雙鍵，另有一對孤對電子，對成鍵電子有排斥作用，從而使結構不對稱，由此可確定空間構型為V形；答案為：V形；

(4)由圖中可知，Mn(g)→Mn+時吸收的能量為b kJ·mol-1，則Mn的第一電離能為b kJ·mol-1；鍵能是指破壞1mol O2分子內共價鍵所需吸收的能量，由圖中可確定O2的鍵能是2e kJ·mol-1；MnO的晶格能可利用蓋斯定律，按箭頭所指方向，MnO的晶格能為(f-a-b-c-d-e) kJ·mol-1；答案為：b kJ·mol-1；2e kJ·mol-1；(f-a-b-c-d-e) kJ·mol-1；

(5)R(晶胞結構如圖)由Zn、S組成，利用均攤法，可求出晶胞中所含有的Zn、S原子數分別為4，從而確定其化學式為ZnS；已知其晶胞邊長為a cm，可求出1個晶胞的體積和質量，從而求出該晶胞的密度為=g·cm-3；答案為：。