Question

20．锂的某些化合物是性能优异的材料．请回答：
（1）如图是某电动汽车电池正极材料的晶胞结构示意图，其化学式为LiFePO₄，其中Feⁿ⁺的基态电子排布式为[Ar]3d⁶ ，PO₄^3-的空间构型为正四面体．
（2）Li与Na中第一电离能较小的元素是Na；LiF与NaCl晶体中熔点较高的是LiF．
（3）氮化锂是一种良好的储氢材料，其在氢气中加热时可吸收氢气得到氨基锂（LiNH₂）和氢化锂，氢化锂的电子式为Li⁺[：H]^-，上述反应的化学方程式为Li₃N+2H₂=LiNH₂+2LiH．
（4）金属锂为体心立方晶胞，其配位数为8；若其晶胞边长为a pm，则锂晶体中原子的空间占有率是68%．
（5）有机锂试剂在有机合成中有重要应用，但极易与O₂、CO₂等反应．下列说法不正确的是C（填字母序号）．
A．CO₂中σ键与π键的数目比为1：1
B．游离态和化合态锂元素均可由特征发射光谱检出
C．叔丁基锂（C₄H₉Li）中碳原子的杂化轨道类型为sp³和sp²．

Answer 1

分析 （1）根据均摊法计算晶胞中Li⁺、Feⁿ⁺、PO₄^3-离子数目，结合化合价代数和为0计算n的值，进而确定化学式，结合核外电子排布规律书写Feⁿ⁺的核外电子排布式，PO₄^3-中P原子孤电子对数=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，价层电子对数=4+0=4，空间构型为正四面体；
（2）同主族自上而下第一电离能减小；离子所带电荷相同，离子半径越小，晶格能越大，离子晶体的熔沸点越高；
（3）氢化锂属于离子化合物，由锂离子与氢负离子构成，氮化锂在氢气中加热时可吸收氢气得到氨基锂（LiNH₂）和氢化锂；
（4）金属锂为体心立方晶胞，体心Li原子与晶胞顶点Li原子相邻；根据均摊法计算晶胞中Li原子数目，晶胞体对角线长度为Li原子半径的4倍，晶胞体对角线长度为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，设Li原子半径为r，计算晶胞中含有Li原子总体积、晶胞体积，原子的空间占有率=$\frac{原子总体积}{晶胞体积}$×100%；
（5）A．CO₂的结构简式为O=C=O，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键；
B．每种原子都有自己的特征谱线，游离态和化合态锂元素均可由特征发射光谱检出；
C．叔丁基锂（C₄H₉Li）中碳原子的杂化轨道数目均为4．

解答 解：（1）根据均摊法可知，晶胞中Li⁺数目为1+8×$\frac{1}{8}$+2×$\frac{1}{2}$+4×$\frac{1}{4}$=4，Feⁿ⁺数目为4，PO₄^3-离子数目为4，根据化合价代数和为0，可知n=2，故化学式为：LiFePO₄，Fe²⁺的核外电子排布式为[Ar]3d⁶ ，PO₄^3-中P原子孤电子对数=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，价层电子对数=4+0=4，空间构型为正四面体；
故答案为：LiFePO₄；[Ar]3d⁶ ；正四面体；
（2）同主族自上而下第一电离能减小，故第一电离能Li＞Na，离子所带电荷相同，离子半径Li⁺＜Na⁺、F^-＜Cl^-，故LiF的晶格能大于NaCl的，故LiF的沸点较高，
故答案为：Na；LiF；
（3）氢化锂属于离子化合物，由锂离子与氢负离子构成，电子式为Li⁺[：H]^-，氮化锂在氢气中加热时可吸收氢气得到氨基锂（LiNH₂）和氢化锂，反应方程式为：Li₃N+2H₂=LiNH₂+2LiH，
故答案为：Li⁺[：H]^-；Li₃N+2H₂=LiNH₂+2LiH；
（4）金属锂为体心立方晶胞，体心Li原子与晶胞顶点Li原子相邻，则配位数为8；算晶胞中Li原子数目为8×$\frac{1}{8}$+1=2，晶胞体对角线长度为Li原子半径的4倍，晶胞体对角线长度为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，设Li原子半径为r，则晶胞棱长为$\frac{4r}{\sqrt{3}}$，故原子的空间占有率=$\frac{2×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$×100%=68%
故答案为：68%；
（5）A．CO₂的结构简式为O=C=O，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，σ键与π键的数目比为1：1
，故A正确；
B．每种原子都有自己的特征谱线，游离态和化合态锂元素均可由特征发射光谱检出，故B正确；
C．叔丁基锂（C₄H₉Li）中碳原子的杂化轨道数目均为4，碳原子采取sp³杂化，故C错误，
故选：C．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及晶胞计算、核外电子排布、空间构型与杂化方式判断等，（4）中空间利用率的计算为易错点，关键是确定原子半径与晶胞棱长关系．