Question

【题目】碳元素以C—C键构成了有机界，硅元素以键构成了整个矿物界，锗元素是重要的国家战略资源。碳族元素组成了有机界、无机界和当代工业。回答下列问题：

(1)基态锗()原子的核外电子排布式为 _____；分子空间构型是__________。

(2)发生水解的机理如图：

不能按照上述机理发生水解反应，原因是____________________。

(3)金刚石熔点为4440℃，晶体硅熔点为1410℃，金刚石熔点比晶体硅高的原因是_______。

(4)C和经常形成原子晶体，原子晶体的配位数普遍低于离子晶体，原因是_____。

(5)在硅酸盐中，四面体[如图(a)和(b)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(c)为片层状结构的多硅酸根，其中原子的杂化方式为______，化学式为_______。

(6)铝硅酸盐分子筛在化工领域有重要的应用。铝硅酸盐结构中价铝部分地置换四面体结构中价的硅。从结构角度分析价铝能够置换价硅的原因是_________。

(7)石墨采取六方最密堆积方式，晶胞结构如图。晶胞参数为底边长，高，阿伏加德罗常数为，则石墨晶体的密度为_______。

Answer 1

【答案】 正四面体 C没有d轨道 结构相似，C原子半径小，C—C键能大 共价键有方向性和饱和性 杂化 或 Al和Si的粒子大小相近 或或

【解析】

(1)锗和硅是同一主族元素，均为最外层电子数为4的主族元素，故基态锗()原子的核外电子排布式为；利用等电子体原理可知和CCl4互为等电子体，故分子空间构型是正四面体，故答案为： 正四面体；

(2)根据发生水解的机理图可知，过程中由于Si原子上的3d空轨道中接受了H2O中O原子上的孤对电子，从而发生水解反应，而C原子只有两个电子层，L层上没有d轨道，故不能接受孤对电子，无法水解，故答案为：C没有d轨道；

(3)金刚石和晶体硅均为原子晶体，其熔点高低主要取决于其中共价键的键能大小，由于C原子半径比Si原子的小，故C-C的键长小于Si-Si的键长，一般共价键的键长越短，键能越大，故金刚石熔点比晶体硅高的原因是结构相似，C原子半径小，C—C键能大，故答案为：结构相似，C原子半径小，C—C键能大；

(4)C和经常形成原子晶体，原子晶体是通过共价键结合的，由于共价键有方向性和饱和性，决定了原子晶体周围的原子个数受到一定的限制，离子晶体则是通过阴、阳离子之间的离子键结合的，离子键没有方向性和饱和性，使得离子晶体的配位数增多，故答案为：共价键有方向性和饱和性；

(5)硅酸盐中的硅酸根()为正四面体结构，所以中心原子Si原子采取了sp3杂化方式；图（c）为一种无限长层状结构的多硅酸根，图（b）中一个四面体结构单元中其中有3个氧原子的贡献率为，四面体结构单元含有1个硅、氧原子数目=1+3×=2.5，Si、O原子数目之比为1：2.5=2：5，故化学式为或者，故答案为：sp3 或者；

(6)铝硅酸盐结构中价铝部分地置换四面体结构中价的硅，首先考虑原子的大小，原子大小相差太大，根本放不进去，而Al的半径虽然比Si的半径大一些，但还是很接近的，故价铝能够置换价硅的原因是Al和Si的粒子大小相近，故答案为：Al和Si的粒子大小相近；

(7)由晶胞结构图可知，1个晶胞中含有的C原子数目为个，晶胞参数为底边长，高，由于晶胞的底面是一个棱形，故一个晶胞的体积为：V=a2b cm3，阿伏加德罗常数为，则石墨晶体的密度为 ，或者进一步化简为：或，故答案为：或或。