Question

【題目】[化學——選修3：物質結構與性質]鍺（Ge）是典型的半導體元素，在電子、材料等領域應用廣泛。回答下列問題：

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

（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。從原子結構角度分析，原因是________________。

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

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

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

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

（6）晶胞有兩個基本要素：

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

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

Answer 1

【答案】（1）3d104s24p2 ；2；

（2）鍺的原子半徑大，原子之間形成的ρ單鍵較長，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）GeCl4、GeBr4、GeI4熔沸點依次升高；原因是分子結構相似，相對分子質量依次增大，分子間相互作用力逐漸增強；

（4）O＞Ge＞Zn；

（5）sp3 ；共價鍵；

（6）①（；；）；②。

【解析】

試題分析：（1）Ge是32號元素，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第IVA；基態Ge原子的核外電子排布式為[Ar] 4s24p2，也可寫為3d104s24p2；在其原子的最外層的2個4s電子是成對電子，位于4s軌道，2個4p電子分別位于2個不同的4p軌道上，所以基態Ge原子有2個未成對的電子； （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、叁鍵；但Ge原子之間難以形成雙鍵或叁鍵，從原子結構角度分析，這是由于鍺的原子半徑大，原子之間形成的ρ單鍵較長，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時都為分子晶體，分子之間通過微弱的分子間作用力結合。對于組成和結構相似的物質來說，相對分子質量越大，分子間作用力越大，熔沸點越高。由于相對分子質量：GeCl4＜GeBr4＜GeI4，所以它們的熔沸點由低到高的順序是：GeCl4＜GeBr4＜GeI4； （4）光催化還原CO2制備CH4反應中，帶狀納米Zn2GeO4是該反應的良好催化劑。元素的非金屬性越強，其吸引電子的能力就越強，元素的電負性就越大。元素Zn、Ge、O的非金屬性強弱順序是：O＞Ge＞Zn，所以這三種元素的電負性由大至小的順序是O＞Ge＞Zn ；（5） Ge單晶具有金剛石型結構，其中Ge原子的雜化方式為1個s軌道與3個p軌道進行的sp3雜化；由于是同一元素的原子通過共用電子對結合，所以微粒之間存在的作用力是非極性共價鍵（或寫為共價鍵）；（6） ①根據各個原子的相對位置可知，D在各個方向的1/4處，所以其坐標是（；；）；根據晶胞結構可知，在晶胞中含有的Ge原子是8×1/8+6×1/2+4=8，所以晶胞的密度是

=cm3。