Question

 (14分) AX₄四面体 (A为中心原子，如硅、锗；X为配位原子，如氧、硫) 在无机化合物中很常见。四面体T₁按下图所示方式相连可形成一系列“超四面体”（T₂、T₃???）：

(1)上图中T₁、T₂和T₃的化学式分别为AX₄、A₄X₁₀和A₁₀X₂₀，推出超四面体T₄的化学式。

(2)  分别指出超四面体T₃、T₄中各有几种环境不同的X原子，每种X原子各连接几个A原子？在上述两种超四面体中每种X原子的数目各是多少？

(3)若分别以T₁、T₂、T₃、T₄为结构单元共顶点相连（顶点X原子只连接两个A原子），形成无限三维结构，分别写出所得三维骨架的化学式。

(4)  欲使上述T₃超四面体连接所得三维骨架的化学式所带电荷分别为+4、0和 -4，A选Zn²⁺、In³⁺或Ge⁴⁺，X取S^2-，给出带三种不同电荷的骨架的化学式（各给出一种，结构单元中的离子数成简单整数比）。

Answer 1

(1)T₄超四面体的化学式为A₂₀X₃₅                                       (1分)

(2)T₃超四面体中，有3种不同环境的X原子。(1分)

其中4个X原子在顶点上，所连接A原子数为1；(0.5分)

12个X原子在超四面体的边上，所连接A原子数为2；(0.5分)

4个原子在超四面体的面上，所连接A原子数为3。(1分)              (共3分)       

T₄超四面体中有5种不同环境的X原子。                           （2分）

其中4个X原子在顶点上，所连接A原子数为1；                     (0.5分) 

12个X原子在超四面体的边上但不在边的中心，所连接A原子数为2；  (0.5分)

6个X原子在超四面体的边的中心，所连接A原子数为2；          (0.5分)

12个原子在超四面体的面上，所连接A原子数为3；                (0.5分)

1个在超四面体的中心，所连接A原子数为4。                      (1分)            

                                                              （共5分）                                                            

(3)化学式分别为 AX₂,  A₄X₈,  A₁₀X₁₈,  A₂₀X₃₃。              (每式0.5分，共2分)

  答分别为  AX₂,  AX₂,  A₅X₉,  A₂₀X₃₃也可。

(4)A₁₀X₁₈⁴⁺ 只能是Ge₁₀S₁₈⁴⁺；                                            (1分)

A₁₀X₁₈可以是Zn₂Ge₈S₁₈，In₂ZnGe₇S₁₈，In₄Ge₆S₁₈；                       (1分)

只要答出其中一种，得1分；

A₁₀X₁₈^4-可以是

Zn₄Ge₆S₁₈^4-, In₈Ge₂S₁₈^4-, In₆ZnGe₃S₁₈^4-, In₄Zn₂Ge₄S₁₈^4-, In₂Zn₃Ge₅S₁₈^4-； (1分)

只要答出其中一种，得1分。