Question

16．ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途．回答下列问题：
（1）碳的一种单质的结构如图（a）所示．该单质的晶体类型为混合晶体，原子间存在的共价键类型有σ键、π键，碳原子的杂化轨道类型为sp²．

（2）SiCl₄分子的中心原子的价层电子对数为4，分子的立体构型为正四面体，属于非极性分子（填“极性”或“非极性”）．
（3）四卤化硅SiX₄的沸点和二卤化铅PbX₂的熔点如图（b）所示．
①SiX₄的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是SiX₄属于分子晶体，相对分子质量越大，沸点越高．
②结合SiX₄的沸点和PbX₂的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX₂中的化学键的离子性减弱、共价性增强．（填“增强”“不变”或“减弱”）
（4）碳的另一种单质C₆₀可以与钾形成低温超导化合物，晶体结构如图（c）所示．K位于立方体的棱上和立方体的内部，此化合物的化学式为K₃C₆₀；其晶胞参数为1.4nm，晶体密度为2.0g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）碳的一种单质的结构如图（a）所示，应为石墨，属于混合型晶体，C原子形成3个σ键；
（2）SiCl₄分子的中心原子为Si，形成4个σ键，具有甲烷的结构特点；
（3）由图象可知四卤化硅的沸点逐渐升高，为分子晶体，沸点与相对分子质量有关，PbX₂的沸点逐渐降低，其中PbF₂为离子晶体，PbBr₂、PbI₂为分子晶体；
（4）K位于棱和体心，C₆₀位于定点和面心，利用均摊法可计算化学式，结合质量、体积计算晶胞的密度大小．

解答 解：（1）碳的一种单质的结构如图（a）所示，应为石墨，属于混合型晶体，在石墨晶体中，同层的每一个碳原子以sp²杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成片层结构，在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，其中有一个2p电子．这些p轨道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面，形成了大π键．故答案为：混合晶体；σ键、π键；sp²；
（2）SiCl₄分子的中心原子为Si，形成4个σ键，价层电子对数为4，具有正四面体结构，属于非极性分子，故答案为：4；正四面体；非极性；
（3）①四卤化硅的沸点逐渐升高，为分子晶体，沸点与相对分子质量有关，相对分子质量越大，沸点越高，
故答案为：SiX₄属于分子晶体，相对分子质量越大，沸点越高；
②PbX₂的沸点逐渐降低，其中PbF₂为离子晶体，PbBr₂、PbI₂为分子晶体，可知依F、Cl、Br、I次序，PbX₂中的化学键的离子性减弱、共价性增强，
故答案为：减弱；增强；
（4）K位于棱和体心，晶胞中的个数为12×$\frac{1}{4}$+9=12，C₆₀位于定点和面心，个数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，化学式为K₃C₆₀，则晶胞的质量为$\frac{4×837}{{N}_{A}}$g，其晶胞参数为1.4nm=1.4×10^-7cm，则体积为（1.4×10^-7）³cm³，所以密度为$\frac{\frac{4×837}{{N}_{A}}g}{{（1.4×1{0}^{-7}）}^{3}c{m}^{3}}$=2.0g•cm^-3，
故答案为：K₃C₆₀；2.0．

点评 本题考查较为综合，涉及杂化类型、晶胞的计算以及晶体类型的判断等知识，为高频考点，侧重考查学生的分析能力和计算能力，注意把握石墨的晶体类型以及成键特点，难度中等．