题目
钛酸锂(Li)_4(Ti)_5(O)_(12)的晶体结构是()。A. 尖晶石结构B. 层状结构C. 橄榄石结构D. 立方结构
钛酸锂$\text{Li}_4\text{Ti}_5\text{O}_{12}$的晶体结构是()。
A. 尖晶石结构
B. 层状结构
C. 橄榄石结构
D. 立方结构
题目解答
答案
A. 尖晶石结构
解析
本题考查钛酸锂($\text{Li}_4\text{Ti}_5\text{O}_{12}$)的晶体结构类型,需结合常见锂离子电池正极材料的晶体结构特点进行判断。
关键点在于掌握不同晶体结构的特征:
- 尖晶石结构:典型化学式为$AB_2O_4$,氧离子为面心立方密堆积,$A$离子占据四面体空隙,$B$离子占据八面体空隙。
- 层状结构:如$LiCoO_2$,由金属层和氧层交替排列。
- 橄榄石结构:如$LiFePO_4$,具有特定的四面体和八面体配位环境。
- 立方结构:如NaCl型立方密堆积,与本题无关。
钛酸锂的化学式可拆解为$Li[LiTi_{5/4}O_4]$,其阳离子分布和氧离子堆积方式与尖晶石结构一致,因此正确答案为A. 尖晶石结构。
结构拆分与特征分析
- 化学式拆分:
$\text{Li}_4\text{Ti}_5\text{O}_{12}$可改写为$Li[LiTi_{5/4}O_4]$,表明存在两种阳离子($\text{Li}^+$和$\text{Ti}^{4+}$)与氧离子的组合。 - 阳离子配位环境:
- $\text{Li}^+$占据四面体空隙。
- $\text{Ti}^{4+}$部分占据八面体空隙。
- 氧离子排列:
氧离子形成面心立方密堆积,与尖晶石结构的氧离子排列方式一致。
排除其他选项
- 层状结构(如$LiCoO_2$)需金属层与氧层交替,与本题结构不符。
- 橄榄石结构(如$LiFePO_4$)具有特定的四面体和八面体配位比,与本题阳离子分布不同。
- 立方结构(如NaCl型)无四面体与八面体空隙的区分,与本题矛盾。
综上,$\text{Li}_4\text{Ti}_5\text{O}_{12}$的晶体结构为尖晶石结构。