【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,如圖為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=565.76pm,其密度為gcm3(列出計(jì)算式即可).

【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)( , ); ×107
【解析】解:(1)Ge是32號(hào)元素,位于第四周期第IVA族,基態(tài)Ge原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2 , 在最外層的4s能級(jí)上2個(gè)電子為成對(duì)電子,4p軌道中2個(gè)電子分別處以不同的軌道內(nèi),有2軌道未成對(duì)電子,所以答案是:3d104s24p2;2;(2)雖然Ge與C是同族元素,C原子之間可以形成雙鍵、叁鍵,但考慮Ge的原子半徑大,難以通過“肩并肩”方式形成π鍵,所以Ge原子之間難以形成雙鍵或叁鍵,所以答案是: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)鍺的鹵化物都是分子晶體,分子間通過分子間作用力結(jié)合,對(duì)于組成與結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對(duì)分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強(qiáng),熔沸點(diǎn)越高,由于相對(duì)分子質(zhì)量:GeCl4<GeBr4<GeI4 , 故沸點(diǎn):GeCl4<GeBr4<GeI4 , 所以答案是: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)元素非金屬性:Zn<Ge<O,元素的非金屬性越強(qiáng),吸引電子的能力越強(qiáng),元素的電負(fù)性越大,故電負(fù)性:O>Ge>Zn,所以答案是:O>Ge>Zn;(5)Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu),Ge原子與周圍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原子之間形成共價(jià)鍵,Ge原子雜化軌道數(shù)目為4,采取sp3雜化,所以答案是:sp3;共價(jià)鍵;(6)①D與周圍4個(gè)原子形成正四面體結(jié)構(gòu),D與頂點(diǎn)A的連線處于晶胞體對(duì)角線上,過面心B、C及上底面面心原子的平面且平行側(cè)面將晶胞2等分,同理過D原子的且平衡側(cè)面的平面將半個(gè)晶胞再2等份,可知D處于到各個(gè)面的 處,則D原子的坐標(biāo)參數(shù)為( , );所以答案是:( , , );②晶胞中Ge原子數(shù)目為4+8× +6× =8,結(jié)合阿伏伽德羅常數(shù),可知出晶胞的質(zhì)量為 ,晶胞參數(shù)a=565.76pm,其密度為 ÷(565.76×1010cm)3= ×107gcm3;
所以答案是: ×107

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