Question

【题目】2019年诺贝尔化学奖授予三位开发锂离子电池的科学家。TiS2、LiCoO2、LiFePO4、LiMnO2、Cu与磷的化合物等都是研究电池的常用材料。请回答下列问题。

（1）Co4+中存在__种不同能量的电子。

（2）你预测第一电离能：Cu__Zn(填“＞”或“＜”)。请说出你的理由：__。

（3）已知下列化合物的熔点：

化合物	AlF3	GaF3	AlCl3
熔点/℃	1040	1000	194

表格中卤化物的熔点产生差异的原因是：___。

（4）直链多磷酸盐的阴离子有复杂的结构，焦磷酸根离子、三磷酸根离子结构如图：

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为___(用n代表P原子数)。

（5）钴蓝晶胞结构如图1所示，该立方晶胞由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小立方体构成如图2，则钴蓝晶体的化学式为___。在晶体中，某些原子位于其它原子围成的空隙中，如图3中●原子就位于最近的4个原子围成的正四面体空隙中。在钴蓝晶体中，Al3+位于O2-形成的___空隙中。若阿伏加德罗常数用NA表示，则钴蓝晶体的密度为___g·cm-3(列计算式即可，不必化简)。

Answer 1

【答案】6 < 由于铜的核电荷数比锌小，原子半径比锌大，并且最外层是不稳定的4s1结构，而锌是相对稳定的4s2结构。所以气态铜易失去一个电子，即第一电离能较低 AlF3与GaF3为离子晶体，AlCl3为分子晶体，离子晶体的熔点高于分子晶体，又由于Al3+半径小于Ga3+，离子键较强（晶格能较大），所以有熔点AlF3>GaF3>AlCl3 (PnO3n＋1)(n＋2)-或PnO3n＋1(n＋2)- CoAl2O4 八面体

【解析】

（1）不同能级的电子能量不同；

（2）原子轨道处于全满、半满、全空时为稳定状态；

（3）AlF3、GaF3为离子晶体，Al3+半径小于Ga3+，AlCl3为分子晶体；

（4）根据焦磷酸根离子、三磷酸根离子结构，重复单元为；

（5）根据均摊原则计算晶胞的化学式；；

（1）不同能级的电子能量不同；Co4+的核外电子排布式是1s22s2sp63s23p63d5，存在6种不同能量的电子；

（2）Cu核外电子排布式是1s22s2sp63s23p63d104s1 ，Zn核外电子排布式是1s22s2sp63s23p63d104s2，由于铜的核电荷数比锌小，原子半径比锌大，并且最外层是不稳定的4s1结构，而锌是相对稳定的4s2结构。所以气态铜易失去一个电子，即第一电离能较低；

（3）AlF3与GaF3为离子晶体，AlCl3为分子晶体，离子晶体的熔点高于分子晶体，又由于Al3+半径小于Ga3+，离子键较强（晶格能较大），所以有熔点AlF3>GaF3>AlCl3；

（4）根据焦磷酸根离子、三磷酸根离子结构，重复单元为，所以氧原子数是磷原子数的3倍加1，电荷数是磷原子数加2；所以这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(PnO3n＋1)(n＋2)-；

（5）Ⅰ型立体结构含有Co原子数是 、O原子数是4，Ⅱ型小立方体含有Co原子数是 、O原子数是4、Al原子数是4，该立方晶胞由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小立方体构成，所以1个晶胞含有Co原子数是8、O原子数是32、Al原子数是16，钴蓝晶体的化学式为CoAl2O4；根据图示，在钴蓝晶体中，Al3+位于O2-形成的八面体空隙中；晶胞中含有Co原子数是8、O原子数是32、Al原子数是16，晶胞的体积是 ，所以密度是。