Question

[化學——選修3：物質結構與性質]（15分）

硅是重要的半導體材料，構成了現代電子工業(yè)的基礎�；卮鹣铝袉栴}：

（1）基態(tài)Si原子中，電子占據的最高能層符號為____ ，該能層具有的原子軌道數為____ 、電子數為 。

（2）硅主要以硅酸鹽、____ 等化合物的形式存在于地殼中。

（3）單質硅存在與金剛石結構類似的晶體，其中原子與原子之間以 相結合，其晶胞中共有8個原子，其中在面心位置貢獻____ 個原子。

（4）單質硅可通過甲硅烷（SiH4）分解反應來制備。工業(yè)上采用Mg2Si和NH4C1在液氨介質中反應制得SiH4，該反應的化學方程式為___ 。

（5）碳和硅的有關化學鍵鍵能如下所示，簡要分析和解釋下列有關事實：

①硅與碳同族，也有系列氫化物，但硅烷在種類和數量上都遠不如烷烴多，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，SiO44－四面體（如下圖（a））通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網狀四大類結構型式。圖（b）為一種無限長單鏈結構的多硅酸根，其中Si原子的雜化形式為 。Si與O的原子數之比為 。

 

Answer 1

（1）M 9 4

（2）二氧化硅

（3）共價鍵 3

（4）Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2

（5）①C—C鍵和C—H鍵較強，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。導致長鏈硅烷難形成。

②C—H鍵的鍵能大于C—O鍵，C—H鍵比C—O鍵穩(wěn)定。而，Si—H鍵的鍵能遠小于Si—O鍵，所以Si—H鍵不穩(wěn)定而傾向于形成穩(wěn)定性更強的Si—O鍵

（6）sp3 1：3 SiO32-

【解析】

試題分析：⑴根據硅的原子序數為14，其基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p2，則電子占據的最高能層符號為M（第三層），該能層具有的原子軌道數為9，電子數為4。

⑵硅主要以硅酸鹽、二氧化硅等化合物的形式存在于地殼中。

⑶單質硅屬于原子晶體，其中原子與原子之間以共價鍵相結合，其晶胞中共有8個原子，有6個位于面心，故在面心位置貢獻3個原子。

⑷Mg2Si和NH4C1反應制備SiH4，據原子守恒生成物還有NH3和MgCl2，最后根據觀察法將其配平。

⑸①由于非金屬性C＞Si，又據表中C－C鍵和C－H鍵的鍵能比Si－Si 、Si－H的鍵能大，故形成的烷烴比硅烷穩(wěn)定，同時也導致長鏈硅烷難以生成，故硅烷在種類和數量上都遠不如烷烴多。

②由于C－H鍵的鍵能大于C－O鍵，說明C－H鍵比C－O鍵穩(wěn)定，而Si－H鍵的鍵能卻遠小于Si－O鍵，所以Si－H鍵不穩(wěn)定更傾向于生成更穩(wěn)定的Si－O鍵，故SiH4的穩(wěn)定性小于CH4，更易生成氧化物。

⑹根據“SiO44－的四面體”結構，可知其Si原子的雜化形式為sp3；Si與O的原子數之比為1：（2+2×）＝1：3（注意：每個結構單元中有2個氧原子與其它2個結構單元共用）。

考點：考查核外電子的排布原理、晶體中原子數的計算、鍵能與分子穩(wěn)定性的分析判斷等