Question

【題目】碳元素以C—C鍵構成了有機界，硅元素以鍵構成了整個礦物界，鍺元素是重要的國家戰略資源。碳族元素組成了有機界、無機界和當代工業。回答下列問題：

(1)基態鍺()原子的核外電子排布式為 _____；分子空間構型是__________。

(2)發生水解的機理如圖：

不能按照上述機理發生水解反應，原因是____________________。

(3)金剛石熔點為4440℃，晶體硅熔點為1410℃，金剛石熔點比晶體硅高的原因是_______。

(4)C和經常形成原子晶體，原子晶體的配位數普遍低于離子晶體，原因是_____。

(5)在硅酸鹽中，四面體[如圖(a)和(b)]通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網狀四大類結構型式。圖(c)為片層狀結構的多硅酸根，其中原子的雜化方式為______，化學式為_______。

(6)鋁硅酸鹽分子篩在化工領域有重要的應用。鋁硅酸鹽結構中價鋁部分地置換四面體結構中價的硅。從結構角度分析價鋁能夠置換價硅的原因是_________。

(7)石墨采取六方最密堆積方式，晶胞結構如圖。晶胞參數為底邊長，高，阿伏加德羅常數為，則石墨晶體的密度為_______。

Answer 1

【答案】 正四面體 C沒有d軌道 結構相似，C原子半徑小，C—C鍵能大 共價鍵有方向性和飽和性 雜化 或 Al和Si的粒子大小相近 或或

【解析】

(1)鍺和硅是同一主族元素，均為最外層電子數為4的主族元素，故基態鍺()原子的核外電子排布式為；利用等電子體原理可知和CCl4互為等電子體，故分子空間構型是正四面體，故答案為： 正四面體；

(2)根據發生水解的機理圖可知，過程中由于Si原子上的3d空軌道中接受了H2O中O原子上的孤對電子，從而發生水解反應，而C原子只有兩個電子層，L層上沒有d軌道，故不能接受孤對電子，無法水解，故答案為：C沒有d軌道；

(3)金剛石和晶體硅均為原子晶體，其熔點高低主要取決于其中共價鍵的鍵能大小，由于C原子半徑比Si原子的小，故C-C的鍵長小于Si-Si的鍵長，一般共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，故金剛石熔點比晶體硅高的原因是結構相似，C原子半徑小，C—C鍵能大，故答案為：結構相似，C原子半徑小，C—C鍵能大；

(4)C和經常形成原子晶體，原子晶體是通過共價鍵結合的，由于共價鍵有方向性和飽和性，決定了原子晶體周圍的原子個數受到一定的限制，離子晶體則是通過陰、陽離子之間的離子鍵結合的，離子鍵沒有方向性和飽和性，使得離子晶體的配位數增多，故答案為：共價鍵有方向性和飽和性；

(5)硅酸鹽中的硅酸根()為正四面體結構，所以中心原子Si原子采取了sp3雜化方式；圖（c）為一種無限長層狀結構的多硅酸根，圖（b）中一個四面體結構單元中其中有3個氧原子的貢獻率為，四面體結構單元含有1個硅、氧原子數目=1+3×=2.5，Si、O原子數目之比為1：2.5=2：5，故化學式為或者，故答案為：sp3 或者；

(6)鋁硅酸鹽結構中價鋁部分地置換四面體結構中價的硅，首先考慮原子的大小，原子大小相差太大，根本放不進去，而Al的半徑雖然比Si的半徑大一些，但還是很接近的，故價鋁能夠置換價硅的原因是Al和Si的粒子大小相近，故答案為：Al和Si的粒子大小相近；

(7)由晶胞結構圖可知，1個晶胞中含有的C原子數目為個，晶胞參數為底邊長，高，由于晶胞的底面是一個棱形，故一個晶胞的體積為：V=a2b cm3，阿伏加德羅常數為，則石墨晶體的密度為 ，或者進一步化簡為：或，故答案為：或或。