Question

【題目】[化學(xué)——選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]鍺（Ge）是典型的半導(dǎo)體元素，在電子、材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。回答下列問(wèn)題：

（1）基態(tài)Ge原子的核外電子排布式為[Ar]____________，有__________個(gè)未成對(duì)電子。

（2）Ge與C是同族元素，C原子之間可以形成雙鍵、叁鍵，但Ge原子之間難以形成雙鍵或叁鍵。從原子結(jié)構(gòu)角度分析，原因是________________。

（3）比較下列鍺鹵化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，分析其變化規(guī)律及原因_____________________。

	GeCl4	GeBr4	GeI4
熔點(diǎn)/℃	49.5	26	146
沸點(diǎn)/℃	83.1	186	約400

（4）光催化還原CO2制備CH4反應(yīng)中，帶狀納米Zn2GeO4是該反應(yīng)的良好催化劑。Zn、Ge、O電負(fù)性由大至小的順序是______________。

（5）Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu)，其中Ge原子的雜化方式為_______________________，微粒之間存在的作用力是_____________。

（6）晶胞有兩個(gè)基本要素：

①原子坐標(biāo)參數(shù)，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對(duì)位置，下圖為Ge單晶的晶胞，其中原子坐標(biāo)參數(shù)A為（0,0,0）；B為（，0， ）；C為（， ，0）。則D原子的坐標(biāo)參數(shù)為______。

②晶胞參數(shù)，描述晶胞的大小和形狀。已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a="565.76" pm，其密度為__________g·cm-3（列出計(jì)算式即可）。

Answer 1

【答案】（1）3d104s24p2；2；

（2）Ge原子半徑大，原子間形成的σ單鍵較長(zhǎng)，p-p軌道肩并肩重疊程度很小或幾乎不能重疊，難以形成π鍵；

（3）GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸點(diǎn)依次增高。原因是分子結(jié)構(gòu)相似，分子量依次增大，分子間相互作用力逐漸增強(qiáng)。

（4）O＞Ge＞Zn；

（5）sp3；共價(jià)鍵；

（6）①(， ， )；②。

【解析】試題分析：（1）Ge是32號(hào)元素，與碳元素是同一主族的元素，在元素周期表中位于第四周期IVA族；基態(tài)Ge原子的核外電子排布式為[Ar] 4s24p2，也可寫(xiě)為3d104s24p2；在其原子的最外層的2個(gè)4s電子是成對(duì)電子，位于4s軌道，2個(gè)4p電子分別位于2個(gè)不同的4p軌道上，所以基態(tài)Ge原子有2個(gè)未成對(duì)的電子；（2）Ge與C是同族元素，C原子原子半徑較小，原子之間可以形成雙鍵、三鍵；但Ge原子之間難以形成雙鍵或三鍵，從原子結(jié)構(gòu)角度分析，這是由于鍺的原子半徑大，原子之間形成的ρ單鍵較長(zhǎng)，p-p軌道肩并肩重疊的程度很小或幾乎不能重疊，難以形成π鍵；（3）鍺元素的鹵化物在固態(tài)時(shí)都為分子晶體，分子之間通過(guò)微弱的分子間作用力結(jié)合。對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，熔沸點(diǎn)越高。由于相對(duì)分子質(zhì)量：GeCl4＜GeBr4＜GeI4，所以它們的熔沸點(diǎn)由低到高的順序是：GeCl4＜GeBr4＜GeI4；（4）光催化還原CO2制備CH4反應(yīng)中，帶狀納米Zn2GeO4是該反應(yīng)的良好催化劑。元素的非金屬性越強(qiáng)，其吸引電子的能力就越強(qiáng)，元素的電負(fù)性就越大。元素Zn、Ge、O的非金屬性強(qiáng)弱順序是：O＞Ge＞Zn，所以這三種元素的電負(fù)性由大至小的順序是O＞Ge＞Zn ；（5） Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu)，其中Ge原子的雜化方式為1個(gè)s軌道與3個(gè)p軌道進(jìn)行的sp3雜化；由于是同一元素的原子通過(guò)共用電子對(duì)結(jié)合，所以微粒之間存在的作用力是非極性共價(jià)鍵(或?qū)憺楣矁r(jià)鍵)；（6） ①根據(jù)各個(gè)原子的相對(duì)位置可知，D在各個(gè)方向的1/4處，所以其坐標(biāo)是(， ， )；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，在晶胞中含有的Ge原子數(shù)是8×1/8+6×1/2+4=8，所以晶胞的密度=cm3。