Question

【題目】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____________________。

(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】3d104s24p2 2 Ge原子半徑大，原子間形成的σ單鍵較長(zhǎng)，pp軌道肩并肩重疊程度很小或幾乎不能重疊，難以形成π鍵 GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸點(diǎn)依次增高，原因是分子結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量依次增大，分子間相互作用力逐漸增強(qiáng) O＞Ge＞Zn sp3 共價(jià)鍵

【解析】

（1）Ge為32號(hào)元素，位于周期表中第四周期第IVA族，據(jù)此寫(xiě)出核外電子排布式并判斷未成對(duì)電子數(shù)；

（2）Ge原子半徑較大，pp軌道很難通過(guò)“肩并肩”的方式形成鍵；

（3）Ge的鹵化物都屬于分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，熔沸點(diǎn)越高；

（4）元素的非金屬性越強(qiáng)，吸引電子的能力越強(qiáng)，電負(fù)性越大；

（5）Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu)，Ge原子與周?chē)��?/span>4個(gè)Ge原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間延伸的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體；

（6）①D點(diǎn)與周?chē)?/span>4個(gè)原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，且D點(diǎn)與A點(diǎn)的連線處于晶胞體對(duì)角線上，B、C分別為前、下兩個(gè)面的面心，根據(jù)A、B、C的坐標(biāo)參數(shù)確定D的坐標(biāo)參數(shù)；

②根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Ge原子的數(shù)目，結(jié)合NA計(jì)算出晶胞的質(zhì)量，最后根據(jù)計(jì)算出密度。

（1）Ge為32號(hào)元素，位于周期表中第四周期第IVA族，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p2即[Ar] 3d104s24p2；4p軌道中有2個(gè)未成對(duì)的電子；

（2）Ge原子半徑較大，原子間形成的σ單鍵較長(zhǎng)，pp軌道肩并肩重疊程度很小或幾乎不能重疊，很難通過(guò)“肩并肩”的方式形成鍵；

（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸點(diǎn)依次增高，原因是：Ge的鹵化物都屬于分子晶體，分子結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量依次增大，分子間相互作用力逐漸增強(qiáng)，熔沸點(diǎn)逐漸升高；

（4）元素的非金屬性越強(qiáng)，吸引電子的能力越強(qiáng)，電負(fù)性越大，非金屬性Zn<Ge<O，因此電負(fù)性O>Ge>Zn；

（5）Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu)，Ge原子與周?chē)��?/span>4個(gè)Ge原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間延伸的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體，Ge原子之間以共價(jià)鍵相連接，雜化軌道數(shù)目為4，采取sp3雜化；

（6）①D點(diǎn)與周?chē)?/span>4個(gè)原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，且D點(diǎn)與A點(diǎn)的連線處于晶胞體對(duì)角線上，B、C分別為前、下兩個(gè)面的面心，原子坐標(biāo)參數(shù)A為(0，0，0)；B為(，0，)；C為(，，0)，則D點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)為()；

②根據(jù)均攤法可知晶胞中Ge原子的數(shù)目為4+8×+6×=8，晶胞的質(zhì)量=，晶胞的體積V=(565.76 ×10-10cm)3，則密度/span>== g·cm－3。