Question

硅是重要的半導體材料，構成了現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎。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NH₄Cl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：

化學鍵	C—C	C—H	C一O	Si—Si	Si—H	Si一O
鍵能／(kJ·mol－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(shù)之比為             。

 

 

Answer 1

【答案】

 

【解析】

試題分析：：（1）硅原子核外有14個電子，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p² ，對應能層分別別為K、L、M，其中能量最高的是最外層M層，該能層有s、p、d三個能級，s能級有1個軌道，p能級有3個軌道，d能級有5個軌道，所以共有9個原子軌道，硅原子的M能層有4個電子（3s²3p²）；

（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;（3）硅晶體和金剛石晶體類似都屬于原子晶體，硅原子之間以共價鍵結合．在金剛石晶體的晶胞中，每個面心有一個碳原子（晶體硅類似結構），則面心位置貢獻的原子為 6×1 2 =3個；（4）Mg₂Si和NH₄Cl在液氨介質中反應制得SiH₄、NH₃和MgCl₂，方程式為：Mg₂Si+4NH₄Cl=SiH₄+4NH₃+2MgCl_2;（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，導致長鏈硅烷難以生成；②鍵能越大、物質就越穩(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)定性更強的Si-O鍵；（6）硅酸鹽中的硅酸根（SiO  4−4 ）為正四面體結構，所以中心原子Si原子采取了sp3雜化方式；根據(jù)圖（b）的一個結構單元中含有1個硅、3個氧原子，化學式為SiO₃^2-；

考點：硅和二氧化硅；原子核外電子排布；鍵能、鍵長、鍵角及其應用；晶胞的計算；原子軌道雜化方式及雜化類型判斷。