题目内容

16．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）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．
（2）Ge在周期表中位于p区．
（3）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O＞Ge＞Zn．
（4）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单晶的晶胞类似金刚石，其中原子坐标参数A为（0，0，0）；C为（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，0）D为（$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$）；．则B原子的坐标参数为（$\frac{1}{2}$，0，$\frac{1}{2}$）．
②若Ge原子半径为r，Ge单晶晶胞边长为a，Ge原子在晶胞中的空间占有率为34%
（$\sqrt{3}$=1.732  π=3.14，保留三位有效数据）（注：晶胞中所有的球是等径硬球，且A球和D球相切）

分析 （1）Ge原子半径大，难以通过“肩并肩”方式形成π键；
（2）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[Ar]3d104s24p2；
（3）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；
（4）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2等等份可知D处于到各个面的$\frac{1}{4}$处；
②根据晶胞的均摊计算出晶胞中Ge的原子个数，则Ge原子的总体积除以晶胞的体积即得Ge原子的空间占有率．

解答 解：（1）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，
故答案为：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；
（2）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，在元素周期表中属于p区，故答案为：p；
（3）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，
故答案为：O＞Ge＞Zn；
（4）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，则当原子坐标参数A为（0，0，0）；C为（$\frac{1}{2}$，$\frac{1}{2}$，0）D为（$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$），B原子的坐标参数为（$\frac{1}{2}$，0，$\frac{1}{2}$），
故答案为：（$\frac{1}{2}$，0，$\frac{1}{2}$）；
②晶胞中Ge原子个数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，Ge原子的总体积为8×$\frac{4}{3}$r3，晶胞的体积为a3，由晶胞结构可知晶胞的对角线长为8r，即8r=$\sqrt{3}$a，a3=$\frac{512}{3\sqrt{3}}$r3，则Ge原子在晶胞中的空间占有率为$\frac{8×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{{a}^{3}}$×100%=34%，
故答案为：34%．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、化学键、晶体类型与性质、电负性、杂化方式、晶胞计算等，（4）中晶胞计算为易错点、难点，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，难度较大．

练习册系列答案
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18．FeSO4在一定条件下可制得FeS2（二硫化亚铁）纳米材料．该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+FeS2═Fe+2Li2S，正极反应式是FeS2+4e-=Fe+2S2-．
7．茶叶中含有多种有益于人体健康的有机成分及钙、铁等微量金属元素，某化学研究性学习小组设计方案测定某品牌茶叶中钙元素的质量分数，并检验铁元素的存在（已知CaC2O4为白色沉淀物质）．首先取200g茶叶样品焙烧得灰粉后进行如图操作：

请回答下列有关问题：
（1）文献资料显示，某些金属离子的氢氧化物完全沉淀的pH为：
离子Ca2+Fe3+
完全沉淀时的pH134.1
实验前要先将茶叶样品高温灼烧成灰粉，其主要目的使样品中的有机物完全分解，将钙、铁等微量元素转化为可溶性物质．
（2）写出从滤液A→沉淀D的离子反应方程式Fe3++3NH3•H2O=Fe（OH）3↓+3NH4+．
（3）为保证实验精确度，沉淀D及E需要分别洗涤，并将洗涤液转移回母液中，判断D已经沉淀完全方法是静置，向上层清液中继续滴加氨水若无红褐色沉淀生成则说明D已沉淀完全，否则未沉淀完全．
（4）用KMnO4标准溶液滴定C溶液时所发生的反应为：5C2O42-+2MnO4-+16H+═10CO2↑+2Mn2++8H2O．
现将滤液C稀释至500mL，再取其中的25.00mL溶液，用硫酸酸化后，用0.1000mol•L-1的KMnO4标准溶液滴定，终点时消耗KMnO4溶液10.00mL．

①此步操作过程中KMnO4标准溶液应装在图2中哪个仪器中（填写字母）B．
②滴定到终点，现象无色变为浅红色，静置后，如图3方法读取KMnO4标准溶液的刻度数据，则测定的钙元素含量将偏高（填“偏高”“偏低”或“无影响”）．
（5）原茶叶中钙元素的质量分数为0.3%．
4．金属材料在日常生活中必不可少，铁、铜等金属及其化合物用途非常广泛．
Ⅰ．实验室欲制备Cu（NO3）2 晶体，甲、乙两同学分别设计实验方案如下：
甲：Cu  $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$Cu（NO3）2     乙：Cu $\stackrel{O_{2}}{→}$CuO $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$Cu（NO3）2
（1）生成相同物质的量的Cu（NO3）2，消耗的HNO3的物质的量，甲＞乙 （填＞、＜、=）．从环保角度分析，乙同学的方案更合理．
（2）乙同学想利用制备Cu（NO3）2晶体配置400mL 0.5mol/L的Cu（NO3）2溶液，需要用到的玻璃仪器有：玻璃棒、烧杯、量筒、500mL容量瓶、胶头滴管．
Ⅱ．现有一包红色粉末，某化学实验小组欲通过实验来探究是否由Cu、Fe2O3组成，过程如下：
（1）提出假设：
假设1．红色粉末是Cu和Fe2O3的混合物；
假设2．红色粉末是Fe2O3；
假设3．红色粉末是Cu．
（2）设计探究实验：取少量粉末放入足量稀硝酸中，在所得溶液中滴加KSCN试剂．
①若假设3成立，则实验现象是红色粉末全部溶解，溶液变为蓝色．
②为了探究假设1和假设2哪一组成立，继续向所得溶液加入足量的铁粉，若观察到现象为有红色固体析出则假设1成立．
③有同学提出，若混合物中Cu含量较少，可能加入铁粉后实验现象不明显．
查阅资料：Cu2+与足量氨水反应生成深蓝色溶液，Cu2++4NH3•H2O═Cu（NH3）42++4H2O．为进一步探究假设1和假设2哪一组成立，另取少量粉末加稀硝酸充分溶解后，再加入足量氨水，若假设1成立，则现象为产生红褐色沉淀，同时溶液呈深蓝色；若假设2成立，则现象为产生红褐色沉淀，同时溶液呈无色．
④另有同学认为用稀硫酸和KSCN试剂就能直接验证假设1、2、3哪个成立．请写出假设1成立时的实验操作及现象取少量粉末放入稀硫酸中，粉末部分溶解，在所得溶液中滴加KSCN试剂，溶液变为血红色．
Ⅲ．向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150mL 4mol•L-1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解，放出2.24L NO（标况），往所得溶液中加入KSCN溶液，无红色出现．若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物，所得到的铁的质量为14g．
11．苯甲酸甲酯是一种重要的工业原料，某研究性学习小组的同学拟用如图装置制取高纯度的苯甲酸甲酯．

熔点/℃沸点/℃密度/g•cm-3水溶性
苯甲酸122.42491.27微溶
甲醇-9764.30.79互溶
苯甲酸甲酯-12.3199.61.09不溶
有关数据如表所示，请回答下列问题：
（1）在烧瓶中混合有机物及浓硫酸的方法是先将一定量的苯甲酸放入烧瓶中，然后再加入甲醇，最后边振荡边缓慢加入一定量的浓硫酸，装置C如果加热一段时间后发现忘记加瓷片，应该采取的正确操作是冷却后补加．
（2）B装置的冷凝管的主要作用是冷凝收集产品，可否换为球形冷凝管否（填“可”或“否”）．
（3）制备和提纯苯甲酸甲酯的操作先后顺序为CFEADB（填装置字母代号）．
（4）A中Na2CO3的作用是除去苯甲酸甲酯中的苯甲酸；D装置的作用是除去没有反应完的Na2CO3
（5）在洗涤、分液操作中，应充分振荡，然后静置，待分层后b（填标号）．
a．直接将苯甲酸甲酯从分液漏斗的上口倒出
b．直接将苯甲酸甲酯从分液漏斗的下口放出
c．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将苯甲酸甲酯从下口放出
d．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将苯甲酸甲酯从上口倒出．
1．设 NA 表示阿伏加德罗常数，下列说法正确的是（　　）
A．标准状况下，22.4LCH4 和 CH2C12 的混合物所含有的分子数目为 NA
B．3g 的甲基中含有的电子数为 1.6NA
C．0.5mol 的有机物 C15H32 中含有的共价键数日为 24NA
D．现有乙烯、丙烯、丁烯的混合气体共 14g，其原子数为 3NA
8．常温下，在pH=1的某溶液中可能有Na+、Fe2+、Fe3+、I-、Cl-、CO32-中的几种，现取100mL，该溶液进行如下实验，根据实验结果，下列判断正确的是（　　）
A．Fe2+、I-、Cl-三种离子一定存在
B．CO32-一定不存在，不能确定Na+和Cl-是否存在
C．Fe3+与Fe2+至少有一种
D．该溶液中c（Cl-）至少为0.2mol•L-1
5．设NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（　　）
A．100g质量分数为98%的浓硫酸中所含有的氧原子数为4NA
B．足量的Fe与6.72LCl2反应转移的电子数为0.6NA
C．密闭容器中1molN2与4molH2反应生成的NH3分子数小于2NA
D．3g乙烷含有共用电子对为0.6NA
20．下列关于有机物的叙述不正确的是（　　）
A．甲烷、甲苯、乙醇、乙酸都可以发生取代反应
B．可用浓溴水来区分乙醇和苯酚
C．乙酸乙酯在无机酸或碱存在时都能发生水解反应
D．能发生水解反应的有机物只有卤代烃和酯类

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