Question

【题目】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，如图为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=565.76pm，其密度为gcm﹣3（列出计算式即可）．

Answer 1

【答案】
（1）3d104s24p2；2
（2）Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p﹣p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键
（3）GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高，原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强
（4）O＞Ge＞Zn
（5）sp3；共价键
（6）（ ， ， ）； ×107
【解析】解：（1）Ge是32号元素，位于第四周期第IVA族，基态Ge原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2 ， 在最外层的4s能级上2个电子为成对电子，4p轨道中2个电子分别处以不同的轨道内，有2轨道未成对电子，所以答案是：3d104s24p2；2；（2）虽然Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但考虑Ge的原子半径大，难以通过“肩并肩”方式形成π键，所以Ge原子之间难以形成双键或叁键，所以答案是：Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p﹣p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键；（3）锗的卤化物都是分子晶体，分子间通过分子间作用力结合，对于组成与结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高，由于相对分子质量：GeCl4＜GeBr4＜GeI4 ， 故沸点：GeCl4＜GeBr4＜GeI4 ， 所以答案是：GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高，原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强；（4）元素非金属性：Zn＜Ge＜O，元素的非金属性越强，吸引电子的能力越强，元素的电负性越大，故电负性：O＞Ge＞Zn，所以答案是：O＞Ge＞Zn；（5）Ge单晶具有金刚石型结构，Ge原子与周围4个Ge原子形成正四面体结构，向空间延伸的立体网状结构，属于原子晶体，Ge原子之间形成共价键，Ge原子杂化轨道数目为4，采取sp3杂化，所以答案是：sp3；共价键；（6）①D与周围4个原子形成正四面体结构，D与顶点A的连线处于晶胞体对角线上，过面心B、C及上底面面心原子的平面且平行侧面将晶胞2等分，同理过D原子的且平衡侧面的平面将半个晶胞再2等份，可知D处于到各个面的 处，则D原子的坐标参数为（ ， ， ）；所以答案是：（ ， ， ）；②晶胞中Ge原子数目为4+8× +6× =8，结合阿伏伽德罗常数，可知出晶胞的质量为 ，晶胞参数a=565.76pm，其密度为 ÷（565.76×10﹣10cm）3= ×107gcm﹣3；
所以答案是： ×107 ．