题目

硅、锗 (Ge) 及其化合物广泛应用于光电材料领域。回答下列问题： (1) 基态硅原子最外层的电子排布图为 _______ ，晶体硅和碳化硅熔点较高的是 _______ ( 填化学式 ) ； (2) 硅和卤素单质反应可以得到 ， 的熔沸点如下表： 熔点 /K 183.0 203.2 278.6 393.7 沸点 /K 187.2 330.8 427.2 560.7 ① 0 ℃时， 、 、 、 呈液态的是 ____ ( 填化学式 ) ，沸点依次升高的原因是 _____ ，气态 分子的空间构型是 _______ ； ② 与 N- 甲基咪唑 反应可以得到 ，其结构如图所示： N- 甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为 _______ ， H 、 C 、 N 的电负性由大到小的顺序为 _______ ， 1 个 中含有 _______ 个 键； (3) 下图是 、 、 三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。 ①己知化合物中 和 的原子个数比为 1 ： 4 ，图中 Z 表示 _______ 原子 ( 填元素符号 ) ，该化合物的化学式为 _______ ； ②已知该晶胞的晶胞参数分别为 anm 、 bnm 、 cnm ， ，则该晶体的密度 _______ ( 设阿伏加德罗常数的值为 ，用含 a 、 b 、 c 、 的代数式表示 ) 。 答案： ； SiC SiCl 4 SiX 4 都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大 正四面体形 sp 2 、 sp 3 ；； N>C>H 54 O Mg 2 GeO 4 = ×10 21 【详解】 (1) 硅元素的原子序数为 14 ，价电子排布式为 3s 2 3p 2 ，则价电子排布图为 ；原子晶体的熔点取决于共价键的强弱，晶体硅和碳化硅都是原子晶体，碳原子的原子半径小于硅原子，非金属性强于硅原子，碳硅键的键能大于硅硅键、键长小于硅硅键，则碳硅键强于硅硅键，碳化硅的熔点高于晶体硅，故答案为： ； SiC ； (2) ①由题给熔沸点数据可知， 0 ℃时，四氟化硅为气态，四氯化硅为液态，四溴化硅、四碘化硅为固态；分子晶体的沸点取决于分子间作用力的大小， SiX 4 都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，则 SiX 4 的沸点依次升高； SiX 4 分子中硅原子的价层电子对数为 4 ，孤对电子对数为 0 ，则分子的空间构型为正四面体形，故答案为： SiCl 4 ； SiX 4 都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大；正四面体形； ②由 M 2+ 离子的结构可知，离子中含有杂化方式为 sp 3 杂化的单键碳原子和 sp 2 杂化的双键碳原子；元素的非金属性越强，其电负性越大，元素的非极性强弱顺序为 N>C>H ，则元素电负性的大小顺序为 N>C>H ； M 2+ 离子的结构中含有单键、双键和配位键，单键和配位键都是 σ 键，双键中含有 1 个 σ 键，则离子中含有 54 个 σ 键，故答案为： sp 2 、 sp 3 ； N>C>H ； 54 ； (3) ①由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点、面心、棱上和体内的 X 原子为 8× +6× +4× +3=8 ，位于体内的 Y 原子和 Z 原子分别为 4 和 16 ，由 Ge 和 O 原子的个数比为 1 ： 4 可知， X 为 Mg 原子、 Y 为 Ge 原子、 Z 为 O 原子，则晶胞的化学式为 Mg 2 GeO 4 ，故答案为： O ； Mg 2 GeO 4 ； ②由晶胞的质量公式可得： =abc×10 —21 ×ρ ，解得 ρ= ×10 21 g/cm 3 ，故答案为： ×10 21 。

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