Question

【化學--選修3：物質(zhì)結構與性質(zhì)】
硅與金剛砂（SiC）是兩種重要的工業(yè)產(chǎn)品，它們都可由二氧化硅與碳反應制得．

（1）由SiO₂生成SiC的化學方程式是

 

． 氮化硅（Si₃N₄）也是一種高硬度高沸點的物質(zhì)，其制備方法是在H₂的保護下，使SiCl₄與N₂反應沉積在石墨表面，形成一層致密的氮化硅層，寫出該反應的化學方程式

 

．
（2）基態(tài)Si原子的價電子排布圖為

 

；Si與C相比，電負性較大的是

 

（填元素符號）．
（3）從原子軌道重疊的角度，X分子中含有的化學鍵是

 

，X可與氧氣反應生成Y，Y分子的中心原子雜化軌道類型是

 

，鍵角是

 

．SiO₂與HF溶液反應可以生成一種氣態(tài)物質(zhì)，該物質(zhì)的立體構型為

 

．
（4）SiC的一種晶體與晶體硅的結構相似，其中C原子和Si原子的位置是交替的，在SiC中最小的環(huán)上有

 

個原子，SiC與晶體硅相比，

 

熔點較高，原因是

 

．
（5）生鐵中存在著碳鐵化合物．若鐵晶體的晶胞結構如圖，鐵的密度是dg/cm³，則鐵原子的半徑是

 

cm．（只要求列算式，不必計算出數(shù)值，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A）．

Answer 1

考點：晶體的類型與物質(zhì)熔點、硬度、導電性等的關系,原子核外電子排布,元素電離能、電負性的含義及應用,化學鍵,晶胞的計算,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：原子組成與結構專題,化學鍵與晶體結構

分析：（1）SiO₂和焦炭反應生成碳化硅和CO，依據(jù)原子守恒可確定另外一種生成物為HCl；
（2）根據(jù)核外電子排布規(guī)則可知Si的價電子排布式，然后書寫電子排布圖，同主族自下而上電負性逐漸增大；
（3）CO含有的化學鍵為極性共價鍵，二氧化碳為直線型結構，C采用sp雜化，180°，SiF4中心原子Si的價電子對數(shù)為4，因此為正四面體結構；
（4）晶體硅中最小的為六元環(huán)，含有6個原子，SiC與硅晶體相似，因此也含有6個原子；原子晶體熔沸點的高低取決于共價鍵的穩(wěn)定性；
（5）求出一個晶胞含有的鐵原子數(shù)目和質(zhì)量，帶入密度公式計算．

解答： 解：（1）SiO₂和焦炭反應生成碳化硅和CO，化學方程式為：SiO₂+2C═SiC+2CO；依據(jù)原子守恒可確定另外一種生成物為HCl，在H₂的保護下，使SiCl₄與N₂反應生成氮化硅的化學方程式為：3SiCl₄+2N₂+6H₂=Si₃N₄+12HCl，
故答案為：SiO₂+2C═SiC+2CO；3SiCl₄+2N₂+6H₂=Si₃N₄+12HCl；
（2）基態(tài)Si原子的價電子排布式為3s²3p²，基態(tài)Si原子的價電子排布圖為，同主族自下而上電負性逐漸增大，因此電負性：C＞Si，
故答案為：；C；
（3）CO含有的化學鍵為極性共價鍵，二氧化碳為直線型結構，C采用sp雜化，180°，SiF4中心原子Si的價電子對數(shù)為4，因此為空間構型為正四面體結構，
故答案為：極性共價鍵；sp；180°；正四面體；
（4）晶體硅中最小的為六元環(huán)，含有6個原子，SiC與硅晶體相似，因此也含有6個原子，兩者都是原子晶體，結構和組成相似，Si-Si鍵長大于Si-C鍵長，Si-Si鍵能小，晶體硅的熔沸點低于碳化硅，

故答案為：6；SiC；兩者都是原子晶體，結構和組成相似，Si-Si鍵長大于Si-C鍵長，Si-Si鍵能小，晶體硅的熔沸點低于碳化硅；
（5）一個晶胞中含有的鐵原子數(shù)目為：8×

1

8

+1×1=2，質(zhì)量為

56×2

N A

g，由密度公式可知晶胞的體積V=

112

d?NA

cm³，晶胞的邊長為：

3	112 d?NA

，因此鐵原子的半徑=

3

4

×

3	112 d?NA

cm=

3

4

3	112 d?NA

cm，
故答案為：

3

4

3	112 d?NA

．

點評：本題考查化學方程式的書寫和物質(zhì)結構中電子排布圖、電負性、化學鍵、雜化類型、分子結構和空間構型、晶胞計算等知識，綜合性強，為物質(zhì)結構常規(guī)考題形式，計算難度較大．