Question

【題目】[化學(xué)—選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]

硅是重要的半導(dǎo)體材料，構(gòu)成了現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)。請回答下列問題：

（1）基態(tài)Si原子中，電子占據(jù)的最高能層符號(hào)為_______，該能層具有的原子軌道數(shù)為________、電子數(shù)為___________。

（2）硅主要以硅酸鹽、___________等化合物的形式存在于地殼中。

（3）單質(zhì)硅存在與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體，其中原子與原子之間以___________相結(jié)合，其晶胞中共有8個(gè)原子，其中在面心位置貢獻(xiàn)__________個(gè)原子。

（4）單質(zhì)硅可通過甲硅烷（SiH4）分解反應(yīng)來制備。工業(yè)上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得SiH4，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________。

（5）碳和硅的有關(guān)化學(xué)鍵鍵能如下所示，簡要分析和解釋下列有關(guān)事實(shí)：

化學(xué)鍵	C—C	C—H	C—O	Si—Si	Si—H	Si—O
鍵能/(kJmol-1	356	413	336	226	318	452

①硅與碳同族，也有系列氫化物，但硅烷在種類和數(shù)量上都遠(yuǎn)不如烷烴多，原因是______。

②SiH4的穩(wěn)定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是___________________________。

（6）在硅酸鹽中，SiO4- 4四面體（如下圖（a））通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網(wǎng)狀四大類結(jié)構(gòu)型式。圖（b）為一種無限長單鏈結(jié)構(gòu)的多硅酸根，其中Si原子的雜化形式為______，Si與O的原子數(shù)之比為_________，化學(xué)式為__________________。

Answer 1

【答案】M 9 4 二氧化硅 共價(jià)鍵 3 Mg2Si + 4NH4Cl = SiH4+ 4NH3+ 2MgCl2 C—C鍵和C—H鍵較強(qiáng)，所形成的烷烴穩(wěn)定。而硅烷中Si—Si鍵和Si—H鍵的鍵能較低，易斷裂，導(dǎo)致長鏈硅烷難以生成 C—H鍵的鍵能大于C—O鍵，C—H鍵比C—O鍵穩(wěn)定。而Si—H鍵的鍵能卻遠(yuǎn)小于Si—O鍵，所以Si—H鍵不穩(wěn)定而傾向于形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的Si—O鍵 sp3 1∶3 SiO32-

【解析】

（1）硅原子核外有14個(gè)電子，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2，對(duì)應(yīng)能層分別別為K、L、M，其中能量最高的是最外層M層，該能層有s、p、d三個(gè)能級(jí)，s能級(jí)有1個(gè)軌道，p能級(jí)有3個(gè)軌道，d能級(jí)有5個(gè)軌道，所以共有9個(gè)原子軌道，硅原子的M能層有4個(gè)電子（3s23p2）；

故答案為M；9；4；

（2）硅元素在自然界中主要以化合態(tài)（二氧化硅和硅酸鹽）形式存在，

故答案為二氧化硅

（3）硅晶體和金剛石晶體類似都屬于原子晶體，硅原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合．在金剛石晶體的晶胞中，每個(gè)面心有一個(gè)碳原子（晶體硅類似結(jié)構(gòu)），則面心位置貢獻(xiàn)的原子為 6×=3個(gè)；

故答案為共價(jià)鍵；3；

（4）Mg2Si和NH4Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得SiH4、NH3和MgCl2，方程式為：Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2，故答案為Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2；

（5）①烷烴中的C-C鍵和C-H鍵大于硅烷中的Si-Si鍵和Si-H鍵的鍵能，所以硅烷中Si-Si鍵和Si-H鍵的鍵能易斷裂，導(dǎo)致長鏈硅烷難以生成，

故答案為C-C鍵和C-H鍵較強(qiáng)，所形成的烷烴穩(wěn)定，而硅烷中Si-Si鍵和Si-H鍵的鍵能較低，易斷裂，導(dǎo)致長鏈硅烷難以生成；

②鍵能越大、物質(zhì)就越穩(wěn)定，C-H鍵的鍵能大于C-O鍵，故C-H鍵比C-O鍵穩(wěn)定，而Si-H鍵的鍵能遠(yuǎn)小于Si-O鍵，所以Si-H鍵不穩(wěn)定而傾向與形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的Si-O鍵；

故答案：C-H鍵的鍵能大于C-O鍵，C-H鍵比C-O鍵穩(wěn)定．而Si-H鍵的鍵能卻遠(yuǎn)小于Si-O鍵，所以Si-H鍵不穩(wěn)定而傾向于形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的Si-O鍵；

（6）硅酸鹽中的硅酸根（SiO44-）為正四面體結(jié)構(gòu)，所以中心原子Si原子采取了sp3雜化方式；

故答案為sp3；

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SiO32-；

故答案為1：3；SiO32-。