Question

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，基态锗原子外围电子排布式为

 

．
（2）在第二周期中，第一电离能位于硼元素与氮元素之间的元素有

 

种．
参照图1、图2和图3，分别同答（3）、（4）小题．

（3）冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似．每个冰晶胞平均占有

 

个水分子，冰晶胞与金刚石晶胞排列方式相同的原因是

 

．
（4）C₆₀的晶体为面心立方堆积，已知晶胞中C₆₀分子间的最短距离为d cm，计算C₆₀晶体的密度为

 

g/cm³．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,元素电离能、电负性的含义及应用

专题：

分析：（1）Ge是32号元素，与硅同主族，核外电子数为32，根据构造原理书写其基态原子核外电子分布式；
（2）同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于相邻元素；
（3）根据晶胞结构图利用均摊法计算，水中的氧和金刚石中的碳的杂化方式相同，氢键和共价健都有方向性和饱和性，据此解释；
（4）根据晶胞结构确定晶胞中含有C₆₀分子的个数，再根据ρ=

m

V

计算密度；

解答： 解：（1）Ge是32号元素，与硅同主族，核外电子数为32，基态原子外围电子分布式为：4s²4p²，
故答案为：4s²4p²；
（2）同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于相邻元素，所以在第二周期中，第一电离能位于硼元素与氮元素之间的元素有B、C、O三种，
故答案为：3；
（3）根据晶胞结构图可知，每个晶胞中含有水分子数为4+8×

1

8

+6×

1

2

=8，水中的氧和金刚石中的碳原子都是sp3杂化，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，且氢键具有方向性和饱和性，所以冰晶胞与金刚石晶胞排列方式相同，
故答案为：8；水中的氧和金刚石中的碳原子都是sp3杂化，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，且氢键具胡方向性和饱和性；
（4）C₆₀的晶体为面心立方堆积，所以每个晶胞中含有C₆₀分子的个数为8×

1

8

+6×

1

2

=4，晶胞中C₆₀分子间的最短距离为d cm，则晶胞的边长为

2

d cm，所以C₆₀晶体的密度为

4×12×60 NA

( 2 d)3

g/cm³=

720 2

NAd3

g/cm³，
故答案为：

720 2

NAd3

；

点评：本题主要考查核外电子排布规律、电离能、晶胞结构与晶胞计算等，本题基础性较强，重点特出，注意利用均摊法进行常见晶胞结构的分析．