Question

11．碳族元素的单质及其化合物是一类重要物质．请回答下列问题：

（1）锗（Ge）是用途很广的半导体材料，其基态电子排布式为[Ar]3d¹⁰4s²4p²．
（2）乙烯（C₂H₄）分子中六个原子在同一平面上，分子中碳原子的轨道杂化方式为sp²．
（3）合成氮化碳是一种硬度比金刚石还大的晶体，氮化碳的晶体类型为原子晶体，该晶体中微粒间的作用力是共价键．
（4）可燃冰8CH₄•46H₂O是待开发的理想燃料，结构为笼状，其中能形成的氢键有1种．
（5）CaC₂中C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，O₂²⁺的电子式可表示为．
（6）CaC₂晶体的晶胞结构（如图1示）与NaCl晶体（如图2示）相似，但CaC₂晶体中哑铃形C₂^2-的存在，使晶胞沿一个方向拉长．CaC₂晶体中1个Ca²⁺周围距离最近的C₂^2-数目为4．
图2中白色球表示Na⁺，则图中Na⁺的堆积方式为面心立方最密堆积．

Answer 1

分析 （1）Ge是32号元素，核外电子数为32，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；
（2）乙烯（C₂H₄）分子每个C原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式；
（3）原子晶体硬度较大，原子晶体中微粒间的作用力是共价键；
（4）可燃冰中只有水分子之间能形成氢键；
（5）等电子体的结构相似，故O₂²⁺的电子式与C₂^2-的电子式相似；
（6）以最中心钙离子为例，Ca²⁺周围距离最近且等距离的C₂^2-分布在这个钙离子同一层的正方形的棱边的中点上，由于晶胞沿一个方向拉长，所以上底面面心上和下底面面心上的两个C₂^2-与钙离子的距离大于同一层上的4个C₂^2-与钙离子的距离；
图2中白色球表示Na⁺，图中Na⁺位于晶胞的8个顶点、6个面上．

解答 解：（1）Ge是32号元素，核外电子数为32，基态原子核外电子排布式为：[Ar]3d¹⁰4s²4p²，
故答案为：[Ar]3d¹⁰4s²4p²；
（2）乙烯（C₂H₄）分子每个C原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式为sp²，故答案为：sp²；
（3）氮化碳的硬度较大，说明氮化碳为原子晶体，氮化碳中存在共价键，
故答案为：原子晶体；共价键；
（4）可燃冰中只有水分子之间能形成氢键，所以只能形成一种氢键，
故答案为：1；
（5）根据等电子体原理可知，O₂²⁺的电子式 ，故答案为：；
（6）以最中心钙离子为例，Ca²⁺周围距离最近且等距离的C₂^2-分布在这个钙离子同一层的正方形的棱边的中点上，由于晶胞沿一个方向拉长，所以上底面面心上和下底面面心上的两个C₂^2-与钙离子的距离大于同一层上的4个C₂^2-与钙离子的距离，所以1个Ca²⁺周围距离最近的C₂^2-有4个，图2中白色球表示Na⁺，图中Na⁺位于晶胞的8个顶点、6个面上，属于面心立方最密堆积，
故答案为：4；面心立方最密堆积．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、电子式书写、氢键、原子杂化等知识点，侧重考查学生对物质结构、原子结构的认识及空间想象能力，掌握晶胞计算方法、价层电子对互斥理论，题目难度不大．