Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎由來自美、英、日的三人分獲，以表彰他們在鋰離子電池研究方面做出的貢獻，他們最早發明用LiCoO2作離子電池的正極，用聚乙炔作負極。回答下列問題：

(1)基態Co原子價電子排布圖為______________(軌道表達式)。第四電離能I4(Co)比I4(Fe)小，是因為_____________________。

(2)LiCl的熔點(605℃)比LiF的熔點(848℃)低，其原因是_________________________.

(3)乙炔(C2H2)分子中δ鍵與π鍵的數目之比為_______________。

(4)鋰離子電池的導電鹽有LiBF4等，碳酸亞乙酯()是一種鋰離子電池電解液的添加劑。

①LiBF4中陰離子的空間構型是___________；與該陰離子互為等電子體的分子有_____________。(列一種)

②碳酸亞乙酯分子中碳原子的雜化方式有_______________________。

(5)Li2S是目前正在開發的鋰離子電池的新型固體電解質，其晶胞結構如圖所示，已知晶胞參數a=588pm。

①S2－的配位數為______________。

②設NA為阿伏加德羅常數的值，Li2S的晶胞密度為____________(列出計算式)。

Answer 1

【答案】 Co失去的是3d6上的一個電子，而失去的是半充滿狀態3d5上的一個電子，故需要的能量較高 LiCl和LiF均為離子晶體，Cl－半徑比F－大，LiCl的晶格能比LiF的小 3：2 正四面體 CF4 sp2、sp3 8

【解析】

(1)基態Co原子價電子排布式為3d74s2，再得價電子排布圖；Co3+為3d6，Fe3+為3d5，Fe3+半滿，穩定，難失去電子，因此得到結論。

(2)LiCl與LiF都為離子晶體，主要比較離子晶體中離子半徑，鍵能和晶格能。

(3)乙炔(C2H2)分子中碳碳三鍵，因此可得分子δ鍵與π鍵的數目之比。

(4)①先計算LiBF4中陰離子的電子對，再得空間構型，根據左右價電子聯系得出與該陰離子互為等電子體的分子。

②分別分析碳酸亞乙酯分子中每個碳原子的δ鍵和孤對電子得到結論。

(5)①以最右面中心S2－分析，分析左右連接的鋰離子個數。

②先計算晶胞中有幾個硫化鋰，再根據密度公式進行計算。

(1)基態Co原子價電子排布式為3d74s2，其價電子排布圖為；第四電離能I4(Co)比I4(Fe)小，其Co3+為3d6，Fe3+為3d5，Fe3+半滿，穩定，難失去電子，因此原因為Co失去的是3d6上的一個電子，而失去的是半充滿狀態3d5上的一個電子，故需要的能量較高，故答案為：；Co失去的是3d6上的一個電子，而失去的是半充滿狀態3d5上的一個電子，故需要的能量較高。

(2)LiCl的熔點(605℃)比LiF的熔點(848℃)低，它們都為離子晶體，離子晶體熔點主要比較半徑，鍵能和晶格能，因此其原因是LiCl和LiF均為離子晶體，Cl－半徑比F－大，LiCl的晶格能比LiF的小，故答案為：LiCl和LiF均為離子晶體，Cl－半徑比F－大，LiCl的晶格能比LiF的小。

(3)乙炔(C2H2)分子中碳碳三鍵，因此分子δ鍵與π鍵的數目之比為3:2，故答案為：3:2。

(4)①LiBF4中陰離子的電子對為，因此空間構型是正四面體型；B－的價電子等于C的價電子，因此與該陰離子互為等電子體的分子有CF4，故答案為：正四面體；CF4。

②碳酸亞乙酯分子中碳氧雙鍵的碳原子，δ鍵有3個，沒有孤對電子，因此雜化方式為sp2，另外兩個碳原子，δ鍵有4個，沒有孤對電子，因此雜化方式為sp3，所以碳原子的雜化方式有sp2、sp3，故答案為：sp2、sp3。

(5)①以最右面中心S2－分析，連接左邊有4個鋰離子，右邊的晶胞中也應該有4個鋰離子，因此配位數為8，故答案為：8。

②設NA為阿伏加德羅常數的值，根據晶胞計算鋰離子有8個，硫離子8個頂點算1個，6個面心算3個即總共4個，Li2S的晶胞密度，故答案為：。