Question

【題目】[物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一選修3]

種類繁多的碳族元素的單質(zhì)及其化合物，有著重要的研究價(jià)值。

(1)鍺(Ge)的含量十分稀少，但它被廣泛應(yīng)用于電子、光學(xué)、化工、生物醫(yī)學(xué)、能源及其他高新科技領(lǐng)域。

①現(xiàn)代化學(xué)中，常利用__________上的特征譜線來鑒定元素。基態(tài)鍺原子中，核外能級(jí)最高的原子軌道上，具有的電子數(shù)為___________。

②通常狀況下GeCl4是無色液體，易揮發(fā)，其熔點(diǎn)為-51.50C，沸點(diǎn)為86.55℃，能溶于乙醚。由此可推知GeCl4應(yīng)屬于共價(jià)化合物，其理由是_______，也即氯和鍺兩元素的電負(fù)性相差應(yīng)該_______1.7(填“小于”或“大于”)。

(2)在硅酸鹽中，如圖a所示為四面體結(jié)構(gòu)，它可以通過公用頂角0原子，形成鏈狀層狀、島狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不同硅酸鹽。圖b表示由n個(gè)四面體連接成的硅酸根，其中Si的雜化形式為_____，Si與O的原子個(gè)數(shù)比為________，化學(xué)式可表示為__________。

(3)石墨晶體由層狀石墨“分子”按ABAB方式堆積而成，如圖(a)所示。圖(b)是一個(gè)石墨的六方晶胞示意圖。

①請(qǐng)?jiān)趫D中畫出晶胞沿c軸的投影 (用“·”標(biāo)出碳原子位置即可)_________。

②假設(shè)石墨晶胞高為h cm，C-C鍵長為r cm，則石墨晶體密度的表達(dá)式為__________g.cm-3(阿伏加德羅常數(shù)為NA)。

Answer 1

【答案】原子光譜 2 其熔沸點(diǎn)較低，能溶于有機(jī)溶劑 小于 sp3 1:3 （或）

【解析】

（1）①現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素；

Ge是32號(hào)元素，Ge的外圍電子排布式為4s24p2，故核外能級(jí)最高的原子軌道上，具有的電子數(shù)為2；

②GeCl4熔沸點(diǎn)較低，能溶于有機(jī)溶劑，所以GeCl4應(yīng)屬于共價(jià)化合物；

根據(jù)信息，電負(fù)性差值若小于1.7，則形成共價(jià)鍵，即氯和鍺兩元素的電負(fù)性相差應(yīng)該小于1.7；

（2）該離子中每個(gè)Si原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)都是4，所以Si原子采用sp3雜化；

根據(jù)圖（b）的一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中含有1個(gè)硅、3個(gè)氧原子，化學(xué)式為（或）；

（3）①晶胞（b）沿C軸的投影，其中有兩個(gè)C原子是重疊的影，投影為；

②一個(gè)晶胞的體積為底面積×高，注意到，計(jì)算底面積時(shí)，題中C-C鍵鍵長是指晶胞（b）中層C以sp2雜化與其他C原子成鍵的鍵長，需要借助幾何關(guān)系計(jì)算底面菱形中C與C之間的長度，記C-C鍵鍵長為b，由余弦定理可得

cos120°==，解得底面C與C之間的長度為a=,則一個(gè)晶胞底面積為S=a2sin120°=，因此一個(gè)晶胞的體積為V0=Sh=×h×2=pm3，1mol晶胞含有4molC原子，則1mol晶胞的質(zhì)量為m0=48g，1mol晶胞含有NA個(gè)晶胞，則石墨晶體的密度為ρ== g.cm-3。