Question

【題目】2019年的化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C給了為鋰電池研究作出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家，其研究的是兩種常見鋰電池：一種是采用鎳鈷錳酸鋰Li(NiCoMn)O2或鎳鈷鋁酸鋰為正極的“三元材料鋰電池”；另一種是采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）為正極的電池。請(qǐng)回答下列問題：

（1）利用FeSO4、(NH4)2HPO4、LiOH為原料以物質(zhì)的量之比1∶1∶1反應(yīng)生成LiFePO4，該化學(xué)反應(yīng)方程式為________________。

（2）Mn位于元素周期表的_____區(qū)（填“s”或“p”或“d”或“ds”或“f”），基態(tài)鈷原子的未成對(duì)電子數(shù)為______，1mol [CoCl (NH3)5] Cl2 中含σ鍵數(shù)目為__NA。

（3）磷元素可以形成多種含氧酸H3PO4、H3PO2、H3PO3、HPO3，這四種酸中酸性最強(qiáng)的是_____。PO43-的空間構(gòu)型是___，中心原子的雜化方式是______。

（4）PH3是_____分子（填“極性”或“非極性”），其在水中的溶解性比NH3小，原因是______。

（5）硫化鋰Li2S（摩爾質(zhì)量Mgmol-1）的納米晶體是開發(fā)先進(jìn)鋰電池的關(guān)鍵材料，硫化鋰的晶體為反螢石結(jié)構(gòu)，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖。若硫化鋰晶體的密度為ag·cm-3，則距離最近的兩個(gè)S2-的距離是_______nm。（用含a、M、NA的計(jì)算式表示）

Answer 1

【答案】FeSO4＋(NH4)2HPO4＋LiOH=LiFePO4＋(NH4)2SO4＋H2O 3 d 21 HPO3 正四面體 sp3 極性 NH3能與水分子形成氫鍵，而PH3不能，所以在水中的溶解性PH3小

【解析】

(1)已知反應(yīng)物為FeSO4、(NH4)2HPO4、LiOH且物質(zhì)的量之比為1:1:1，即計(jì)量數(shù)之比為1:1:1，已知產(chǎn)物有LiFePO4，根據(jù)元素守恒可得方程式為：FeSO4＋(NH4)2HPO4＋LiOH=LiFePO4＋(NH4)2SO4＋H2O；

(2)Mn位于元素周期表的第四周期第ⅦB族，屬于d區(qū)；Co元素是27號(hào)元素，基態(tài)Co原子核外電子排布式為：[Ar]3d74s2，3d上有3個(gè)成對(duì)電子；[CoCl (NH3)5] Cl2 中Cl-和5個(gè)NH3與Co3+之間形成6個(gè)配位鍵，為σ鍵，每個(gè)氨氣分子中每個(gè)氫原子和氮原子之間形成一個(gè)σ鍵，共6+5×3=21個(gè)，所以1mol [CoCl (NH3)5] Cl2 中含σ鍵數(shù)目為21NA；

(3)H3PO4、H3PO2、H3PO3、HPO3可改寫成(HO)3PO、(HO)2PO、(HO)3P、(HO)PO2，非羥基氧原子個(gè)數(shù)分別為1、1、0、2，非羥基氧數(shù)目越多，酸性越強(qiáng)，則酸性最強(qiáng)的是，HPO3；PO43-的中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為=4，不含孤電子對(duì)，所以為正四面體構(gòu)型，采取sp3雜化；

(4)PH3空間構(gòu)型為三角錐性，P原子位于頂點(diǎn)，所以正負(fù)電荷中心不重合，為極性分子；NH3能與水分子形成氫鍵，而PH3不能，所以在水中的溶解性PH3��；

(5)根據(jù)均攤法，晶胞中X的個(gè)數(shù)為=4，Y的個(gè)數(shù)為8，該晶體的化學(xué)式為Li2S，所以X代表S2-，Y代表Li+，根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，距離最近的兩個(gè)S2-的距離為面對(duì)角線的一半，已知晶胞的密度為ag·cm-3，晶胞的質(zhì)量m=g，則晶胞的棱長為 ，所以距離最近的兩個(gè)S2-的距離為nm。