Question

石墨晶體由層狀石墨“分子”按ABAB方式堆積而成，如右圖所示，圖中用虛線標出了石墨的一個六方晶胞。

（1）該晶胞的碳原子個數        。

（2）寫出晶胞內各碳的原子坐標。

                                             

（3）已知石墨的層間距為334.8 pm，C－C鍵長為142 pm，計算石墨晶體的密度為           。

石墨可用作鋰離子電池的負極材料，充電時發生下述反應：Li_1－xC₆＋x Li^＋＋x e^－→ LiC₆  其結果是，Li^＋嵌入石墨的A、B層間，導致石墨的層堆積方式發生改變，形成化學式為LiC₆的嵌入化合物。

（4）右圖給出了一個Li^＋沿C軸投影在A層上的位置，試在右圖上標出與該離子臨近的其他6個Li^＋的投影位置。

（5）在LiC₆中，Li^＋與相鄰石墨六元環的作用力屬何種鍵型？      

（6）某石墨嵌入化合物每個六元環都對應一個Li^＋，寫出它的化學式。        

鋰離子電池的正極材料為層狀結構的LiNiO₂。已知LiNiO₂中Li^＋和Ni^3＋均處于氧離子組成的正八面體體心位置，但處于不同層中。

（7）將化學計量的NiO和LiOH在空氣中加熱到770℃可得LiNiO₂，試寫出反應方程式。                         

（8）寫出LiNiO₂正極的充電反應方程式。                                 

（9）鋰離子完全脫嵌時 LiNiO₂ 的層狀結構會變得不穩定，用鋁取代部分鎳形成LiNi_1－y Al _y O₂。可防止理離子完全脫嵌而起到穩定結構的作用，為什么？

Answer 1

（1）4個

（2）（0，0，0），（0，0，1/2），（1/3，2/3，0），（2/3，1/3，1/2）

（3）2.27 g?cm^－3

（4） 

（5）離子鍵或靜電作用

（6）LiC₂

（7）4NiO＋4LiOH＋O₂＝4LiNiO₂＋2H₂O

（8）LiNiO₂＝Li_1－xNiO₂＋x Li^＋＋x e^－

（9）Al無變價，因此與之對應的Li^＋不能脫嵌。