活动项目(一)　认识正极材料

项目价值以磷酸铁锂电池为真实情境的试题在高考中多次出现，是高考的热点和难点。本项目以多维度探析磷酸铁锂电池结构开展原子结构、分子结构再到晶体结构的进阶互动学习，不仅融通知识点间的联系，实现教学内容的有效整合，还拓展了复习的深度和广度，激发学生的学习兴趣，开发学生的创新思维和迁移运用能力。活动目标活动项目一：认识正极材料以认识正极材料为情境切入，以电子→原子→晶体为主线，融通物质结构相关知识。活动项目二：认识负极材料及电解质溶液根据负极材料和电解质溶液的选取要求，从微观结构角度探究合适的材料，树立结构决定性质的观念。设计意图：本项目是将结构零碎知识点整合，以电子→原子→晶体为主线，以任务驱动学生交流与思考，层层推进。复习原子结构相关理论、价层电子对互斥模型、杂化轨道理论、等电子体理论、氢键理论、晶体的性质。能够计算中心原子上的孤电子对数，并根据孤电子对数和σ键电子对数确定中心原子上的价层电子对数，推导VSEPR模型的空间结构和杂化轨道类型；学会用均摊法进行晶胞的相关计算。活动项目(一)认识正极材料探究目标(一)探究原子及分子的结构与性质磷酸亚铁锂为近年来新开发的锂离子电池电极材料，主要用于动力锂离子电池，作为正极活性物质使用，人们习惯也称其为磷酸铁锂(LiFePO4)。这种锂离子电池具有能量密度高、安全性能好、原材料来源广泛等优点，目前被广泛应用于新能源汽车上。(一)核外电子排布1．写出基态原子P的核外电子排布式，其成对与未成对电子数之比是多少？其最高能级的电子云轮廓图是什么形状？提示：基态原子P的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3，其成对与未成对电子数之比为12∶3＝4∶1，基态P原子的最高能级的电子云轮廓图是哑铃形。2．写出基态Fe2＋的核外电子排布式，其电子在原子核外的空间运动状态有几种，Fe2＋与Fe3＋中未成对电子数之比是多少？提示：基态Fe2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,其电子在原子核外的空间运动状态有14种，Fe2＋与Fe3＋中未成对电子数之比为4∶5。3．基态Fe3＋比Fe2＋结构稳定的原因是什么？提示：Fe3＋核外价层电子排布为3d5半充满稳定结构，而Fe2＋不是。(二)电离能、电负性1．写出Li1－xFePO4＋LixC6===LiFePO4＋C6反应中所涉及第二周期元素的第一电离能由大到小的顺序，写出Li、F、P三种元素电负性由大到小的顺序。提示：O>C>Li；F＞P＞Li。2．第一电离能I1(Li)>I1(Na)，原因是什么？I1(Be)>I1(B)>I1(Li)，原因是什么？提示：Na与Li同主族，Na的电子层数更多，原子半径更大，故I1(Li)>I1(Na)；Li、Be和B为同周期元素，同周期元素从左至右，第一电离能呈增大趋势，但由于基态原子Be的s能级处于全充满状态，能量更低更稳定，故I1(Be)>I1(B)>I1(Li)。(三)杂化和分子构型1．价层电子对的空间结构和分子的立体构型是一回事吗？提示：不一定是。如果价层电子对中没有孤电子对，则理论模型与分子的实际构型相同；如果有孤电子对，需要在理论模型中略去孤电子对，则理论模型跟分子的实际构型不相同。

提示：＋2价；K3[Fe(CN)6]；正四面体形3．Li＋过度脱出易导致锂电池结构坍塌产生O2而爆炸。实验证实O2因具有单电子而成为顺磁性分子。下列结构式(黑点代表电子)中最有可能代表O2分子结构的是________(填字母)。并说明原因。提示：B实验证实O2因具有单电子而成为顺磁性分子。根据选项进行分析，可知A、C、D中的O2分子均没有单电子存在，而B中O2分子中有单电子。探究目标(二)通过正极材料落实晶胞的计算一种锂电池的正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)的晶胞结构如图所示。其中Li＋分别位于顶角、棱心、面心，O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。1．磷酸铁锂晶体的晶胞参数分别为anm、bnm，请计算磷酸铁锂晶体的摩尔体积(已知阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的摩尔体积是指单位物质的量晶体所占的体积)。2．电池充电时，LiFePO4脱出部分Li＋，形成Li1－xFePO4，结构示意图如(b)所示，请计算x及n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)的值。[类题迁移](2023·绵阳市三诊)废锂电池回收是对“城市矿产”的资源化利用，可促进新能源产业闭环。处理钴酸锂(LiCoO2)和磷酸亚铁锂(LiFePO4)废电池材料，可回收Li、Fe、Co金属。(1)Co3＋价层电子排布式是________________，LiFePO4中铁未成对电子数为____________。(2)下列状态的锂中，失去一个电子所需能量最大的是________。(3)一种含Co阳离子[Co(H2NCH2CH2NH2)2Cl2]＋的结构如图所示，该阳离子中钴离子的配位数是__________，配体中提供孤电子对的原子有________。乙二胺(H2NCH2CH2NH2)与正丁烷分子量接近，但常温常压下正丁烷为气体，而乙二胺为液体，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)钴酸锂(LiCoO2)的一种晶胞如图所示(仅标出Li，Co与O未标出)，晶胞中含有O2－的个数为____________。晶胞边长为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，该钴酸锂晶体的密度可表示为___________g·cm－3(用含有NA的代数式表示)。解析：(1)Co是27号元素，Co3＋价层电子排布式是3d6；LiFePO4中铁元素显＋2价，Fe2＋价层电子排布式为3d6，未成对电子数为4。(3)该阳离子中与钴离子形成配位键的有4个N和2个Cl，