Question

[化学——选修3：物质结构与性质]

锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：

（1）基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]____________，有__________个未成对电子。

（2）Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析，原因是________________。

（3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_____________________。

	GeCl4	GeBr4	GeI4
熔点/℃	−49.5	26	146
沸点/℃	83.1	186	约400

（4）光催化还原CO₂制备CH₄反应中，带状纳米Zn₂GeO₄是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是______________。

（5）Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为_______________________，微粒之间存在的作用力是_____________。

（6）晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0,0,0）；B为（，0， ）；C为（， ，0）。则D原子的坐标参数为______。

②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm，其密度为____g·cm^-3（列出计算式即可）。

Answer

（1）3d104s24p2；2；

（2）锗元素原子半径大，难以通过“肩并肩”方式形成π键；

（3）GeCl4、GeBr4、GeI4均为分子晶体。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高。相对分子质量GeCl4＜GeBr4＜GeI4，所以，熔沸点GeCl4＜GeBr4＜GeI4；

（4）O＞Ge＞Zn；

（5）sp3；共价键（或非极性键）；

（6）①（；；）；②。

【解析】试题分析：（1）Ge是32号元素，位于元素周期表第四周期第IVA；基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar] 4s24p2或写为3d104s24p2；在其原子的最外层的2个4s电子是成对电子，2个4p电子分别位于2个不同的轨道上，所以有2个未成对的电子； （2） Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键，从原子结构角度分析，原因是锗元素原子半径大，难以通过“肩并肩”方式形成π键；（3） 锗卤化物都为分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合。对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高。由于相对分子质量：GeCl4＜GeBr4＜GeI4，所以它们的熔沸点由低到高速度顺序是：GeCl4＜GeBr4＜GeI4； （4）光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。元素的非金属性越强，其吸引电子的能力就越强，元素的电负性就越大。元素Zn、Ge、O的非金属性强弱顺序是：O＞Ge＞Zn，所以这三种元素的电负性由大至小的顺序是O＞Ge＞Zn ；（5） Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为1个s轨道与3个p轨道进行的sp3杂化；由于是同一元素的原子通过共用电子对结合，所以微粒之间存在的作用力是非极性共价键（或写为共价键）；（6） ①根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的1/4处，所以其坐标是（；；）；根据晶胞结构可知，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。

考点：考查物质结构的有关知识。