19 第二板块 层级Ⅲ 活动项目(一) 认识正极材料（Word教参）-【新高考方案】2024年高考化学二轮复习专题增分方略（新教材Ⅰ）

项目价值 活动目标 　　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。 活动项目(一)　认识正极材料 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。 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。 2．LiFePO4中Fe的化合价是多少？其离子常用什么试剂检验，PO是怎样的空间结构。 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a nm、b nm，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)。 提示：根据均摊法，Li＋的个数为×8＋×4＋×4＝4，由化学式LiFePO4可知一个晶胞中含LiFePO4个数为4，该晶胞体积为a2b×10－21cm3，则磷酸铁锂晶体的摩尔体积Vm＝×a2b×10－21cm3＝×10－21cm3/mol。 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