Question

【題目】碳族元素（C、Si、Ge、Sn、Pb）的單質(zhì)及其化合物在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用。回答下列問題：

（1）基態(tài)Sn原子中，核外電子占據(jù)的最高能級符號為__________，該能級具有的原子軌道數(shù)為___________________。

（2）Ge單晶具有晶體硅型結(jié)構(gòu)，Ge單晶的晶體類型為_____________。Ge與同周期的 As、Se相比較，第一電離能由大到小的順序是_______________。

（3）資料表明，二氧化三碳(C2O2)是金星大氣層的一個組成部分，其分子中不含環(huán)狀結(jié)構(gòu)且每個原子均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。C2O2中碳原子的雜化方式為______________，分子中σ鍵與π鍵的個數(shù)比為______________________。

（4）碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)類似于金剛石（如圖所示），1個碳化硅晶胞凈占_______個碳原子；二氧化硅晶體中最小環(huán)上的原子個數(shù)之比為_____________。

（5）石墨可作潤滑劑，其主要原因是__________________________。

（6）晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石，已知距離最近的兩個硅原子之間的距離為a cm，則硅晶體的密度為_____________g·cm-3（用含有a的代數(shù)式表示，用NA表示阿伏伽德羅常數(shù)值）。

Answer 1

【答案】 5p 3 原子晶體 As>Se>Ge sp 1∶1 4 2∶1 石墨晶體具有片層結(jié)構(gòu)，片層之間靠微弱的范德華力結(jié)合，可以滑動

【解析】（1）Sn是第五周期第ⅣA元素，則基態(tài)Sn原子中，核外電子占據(jù)的最高能級符號為5p，該能級具有的原子軌道數(shù)為3。（2）Ge單晶具有晶體硅型結(jié)構(gòu)，因此Ge單晶的晶體類型為原子晶體。同周期自左向右第一電離能逐漸增大，但由于As的5p軌道電子處于半充滿狀態(tài)，穩(wěn)定性強(qiáng)，則Ge與同周期的 As、Se相比較，第一電離能由大到小的順序是As>Se>Ge。（3）分子中不含環(huán)狀結(jié)構(gòu)且每個原子均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此C2O2的結(jié)構(gòu)式為O=C=C=O，則碳原子的雜化方式為sp，雙鍵是由1個σ鍵與1個π鍵組成，因此分子中σ鍵與π鍵的個數(shù)比為1:1。（4）根據(jù)碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)可判斷1個碳化硅晶胞凈占8×1/8+6×1/2=4個碳原子；二氧化硅晶體中最小的環(huán)有12個原子，由于每個硅原子被12個環(huán)共有，因此每個環(huán)只占有該硅原子的1/12，因為每個最小環(huán)上有6個硅原子，所以每個最小環(huán)平均擁有的硅原子數(shù)為6×1/12=0.5個，又因為SiO2晶體是由硅原子和氧原子按1：2的比例所組成，因此每個最小環(huán)平均擁有的氧原子的數(shù)目為0.5×2=1個，所以二氧化硅晶體中最小環(huán)上的原子個數(shù)之比為2:1。（5）由于石墨晶體具有片層結(jié)構(gòu)，片層之間靠微弱的范德華力結(jié)合，可以滑動，所以石墨可作潤滑劑。（6）晶胞中Si個數(shù)=8×1/8+6×1/2+4=8，故晶胞質(zhì)量為8×28/NAg，硅晶體的密度為ρgcm-3，則晶胞棱長= ，則晶胞對角線長度為，故最近的兩個硅原子之間的距離為，解得g·cm-3。