Question

【题目】根据所学物质结构知识，回答下列问题

(1) LiCoO2、 LiFePO4常用作锂离子电池的正极材料。基态Co原子的外围电子排布式为______________________。第四电离能：Ⅰ4(Co)___________I4(Fe)(填“>”或“<”)。PO43－的空间构型为______________________。

(2)B的简单氢化物BH3不能游离存在，常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。

①B2H6分子结构如图所示，则B原子的杂化方式为______________________。

②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一，分子中存在配位键，氨硼烷(NH3BH3)的结构式为______________________(标出配位键)，写出一种与氨硼烷互为等电子体的分子的化学式：______________________。

(3)常温常压下，硼酸(H3BO3)晶体结构为层状，其二维平面结构如图所示，1mol H3BO3晶体中含有氢键的数目为___________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)；请从氢键的角度解释硼酸在冷水中的溶解度小而加热时溶解度增大：______________________。

(4)干冰晶体以及Cu晶体的结构都如图表示(○表示一个CO2分子或一个Cu原子)，晶体中正八面体和正四面体空隙数的比值为___________。铜的硫化物有三种晶体，其中一种是Cu2+为面心立方最密堆积，而晶体中全部正四面体空隙的二分之一被S2－占据，如果两个最近的离子核间距为acm，NA表示阿伏加德罗常数的值，则该晶体的密度为___________g/cm3(用含a、NA的代数式表示)。

Answer 1

【答案】 < 正四面体形 硼酸分子间以氢键缔合，加热时，部分氢键被破坏，硼酸分子与水分子间形成氢键，增大了溶解度 1:8

【解析】

(1)基态Co原子核外有27个电子，根据能量最低原理书写价电子排布式；根据原子轨道处于全空、全满、半满时结构稳定分析；根据价电子互斥理论分析PO43－的空间构型；(2) ①根据B2H6分子结构图，B原子形成了4个杂化轨道；②氨硼烷中N原子提供孤电子对，B原子提供空轨道；原子数相同、价电子数相等的微粒为等电子体；(3)根据硼酸结构图分析1mol H3BO3晶体中含有氢键的数；硼酸分子间以氢键缔合，加热时，部分氢键被破坏，硼酸分子与水分子间形成氢键；(4)干冰晶体以及Cu晶体的结构是面心立方堆积；根据题意，晶胞边长=；

(1)基态Co原子核外有27个电子，价电子排布式为；Co原子失去3个电子后的外围电子排布是，Fe原子失去3个电子后的外围电子排布是，原子轨道处于半满时结构稳定，所以Ⅰ4(Co)＜I4(Fe)；PO43－中P原子的杂化轨道数=，配位原子数为4，无孤电子对，所以PO43－为正四面体形；(2) ①根据B2H6分子结构图，B原子形成了4个杂化轨道，所以B原子的杂化方式为；②氨硼烷中N原子提供孤电子对，B原子提供空轨道，结构式为；原子数相同、价电子数相等的微粒为等电子体，与氨硼烷互为等电子体的分子的化学式为；(3)根据硼酸结构图，1mol H3BO3晶体中含有3mol氢键，氢键数目是3NA；硼酸分子间以氢键缔合，加热时，部分氢键被破坏，硼酸分子与水分子间形成氢键，所以加热时溶解度增大；(4)干冰晶体以及Cu晶体的结构是面心立方晶胞，6个面心构成一个正八面体的空隙，每个顶点与邻近的3个面心构成一个正四面体的空隙，因此， 正八面体空隙数 : 正四面体空隙数 = 1:8。由晶胞结构可知，该晶胞中有4个Cu2+和4个S2-，所以晶胞的摩尔质量是g/mol。晶胞中最近两个离子是顶点和邻近的正四面体的空隙中心的硫离子，离子核间距为晶胞的体对角线的四分之一，故体对角线长为4acm，晶胞边长=，晶胞体积为 ；所以 。