微切口热练(4) 电化学中的“晶胞结构”分析应用-【金版新学案】2024高考化学大二轮专题复习与测试（新教材，广东专版）

微切口热练(四)　电化学中的“晶胞结构”分析应用 (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1．镍钴锰三元材料中Ni为主要活泼元素，镍钴锰电极材料可表示为Li1－nNixCoyMnzO2，x＋y＋z＝1，通常简写为Li1－nMO2，Ni、Co、Mn三种元素分别显＋2、＋3、＋4价。下列说法正确的是(　　) A．放电时Ni元素最先失去电子 B．在Li1－nMO2材料中，若x∶y∶z＝2∶3∶5，则n＝0.3 C．可从充分放电的石墨电极中回收金属锂 D．充电时，当转移n mol电子，两极材料质量差为14n g 答案：B 解析：图为原电池时，A极LinC6，B极Li1－nMO2，隔膜中X通过，应该为Li＋，原电池中阳离子定向移动到正极，故B为正极，电极反应为Li1－nMO2＋ne－＋nLi＋===LiMO2；A为负极，电极反应为LinC6－ne－===nLi＋＋C6，电极总反应为Li1－nMO2＋LinC6===LiMO2＋C6；Ni、Co、Mn中金属性最强的为Mn，放电时Mn元素最先失去电子，选项A错误；在Li1－nNixCoyMnzO2中，x＋y＋z＝1，Ni、Co、Mn三种元素分别显＋2、＋3、＋4价，若x∶y∶z＝2∶3∶5，根据化合物中元素正负化合价的代数和为0可得：＋1×(1－n)＋(＋2×0.2)＋(＋3×0.3)＋(＋4×0.5)＋(－2)×2＝0，解得n＝0.3，选项B正确；B电极反应为Li1－nMO2＋ne－＋nLi＋===LiMO2，不能通过充分放电的石墨电极中回收金属锂，选项C错误；充电时阴极发生反应nLi＋＋C6＋ne－===LinC6，当转移n mol电子时，有n mol Li＋进入负极材料中，故理论上负极材料增加n mol Li，质量增加7n g，阳极LiMO2－ne－===Li1－nMO2＋nLi＋，质量减少7n g，故两极材料质量变化量相差为14n g，而无法确定两极质量差，选项D错误。 2．LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和四面体。电池充放电时，LiFePO4脱出或嵌入Li＋形成结构示意图如(b)所示。下列说法正确的是(　　) A．每个Li1－xFePO4晶胞中Li＋个数为1－x B．图(b)中x＝0.187 5 C．图(b)中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝3∶13 D．当FePO4转化为Li1－xFePO4时，每转移电子(1－x) mol，嵌入4(1－x) mol Li＋ 答案：B 解析：Li＋位于晶胞的顶点、侧面和棱上，故晶胞中Li＋个数＝8×＋3×＋3×＝个，A错误；对比(a)和 (b)晶胞结构可发现Li1－xFePO4比LiFePO4少了面心的一个Li＋和一个棱上的Li＋，由分析可知LiFePO4晶胞的化学式为Li4Fe4P4O16，(b)比(a)少Li＋＝×1＋1×＝0.75，则Li1－xFePO4晶胞为Li3.25Fe4P4O16 ，所以(1－x)∶1＝3.25∶4，x＝0.187 5，B正确；设Fe2＋ 、Fe3＋数目分别为x、y，则x＋y＝1，根据化学式中正负化合价绝对值相等，则(1－0.187 5)＋2x＋3y＋5＝4×2，解出x＝0.812 5，y＝0.187 5，则n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝x∶y＝0.812 5∶0.187 5＝13∶3，C错误；FePO4转化为Li1－xFePO4电极反应式为：FePO4＋(1－x)e－＋(1－x)Li＋===Li1－xFePO4，每转移电子(1－x) mol，嵌入(1－x) mol Li＋，D错误。 3. 硫化锌是一种优良的宽带隙半导体锂离子电池负极材料，具有在充电的同时合金化反应的特点。在充电过程中负极材料晶胞的组成变化如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．当1 mol ZnmS完全转化为ZnnS时，转移电子数为2 mol B．在ZnmS体对角线的一维空间上会出现“ ”的排布规律 C．当ZnmS完全转化为LixZnyS时，每转移6 mol电子，生成3 mol LiZn(合金相) D．若Li2S的晶胞参数为a nm，则EF间的距离为a nm 答案：B 解析：ZnmS晶胞中，均摊的Zn2＋和S2－均为4个，m＝1，ZnnS中均摊的Zn2＋和S2－均为2个，n＝1，即化学式均为ZnS，故转化过程中只是原子的排列方式发生改变，价态没有发生变化，故转移的电子数为0，A错误；根据ZnmS结构，体对角线的一维空间上会出现“ ”的排布规律，B正确；当ZnmS完全转化为LixZnyS时，Li＋、Zn2＋转化为LiZn合金，生成1 mol LiZn转移3 mol电子，每转移6 mol电子，生成2 mol LiZn(合金相)，C错误；若Li2S的晶胞参数为a nm，将晶胞切三刀分为8个小立