Question

【題目】碳和硅是自然界中大量存在的元素，硅及其化合物是工業(yè)上最重要的材料。粗硅的制備有二種方法：

方法一：SiO2+2CSi+2CO↑ 方法二：SiO2+2MgSi+2MgO (可能用到的相對原子質(zhì)量：B-11 P-31)

（1）基態(tài)硅原子中存在____________對自旋相反的電子，基態(tài)Mg的最外層電子所占據(jù)的能級的電子云能廓圖是________。

（2）上述反應中所有元素第一電離能最小的元素是________(填元素符號)。

（3）試比較C(金剛石)，晶體Si，CO三種物質(zhì)的熔沸點從高到低的順序___________________，試解釋原因：____________________。

（4）CO在配合物中可作為配體，在Cr(CO)6配合物中配原子是________(填元素符號)1mol該配合物中含有π鍵的數(shù)目_________。

（5）SiO2晶跑(如下圖)可理解成將金剛石晶胞(如下圖)中的C原子置換成Si原子，然后在Si-Si之間插入O原子而形成。

①推測SiO2晶胞中Si采用________雜化，O-Si-O的鍵角________________。

②SiO2晶跑中，含有Si原子____________個和O原子______________個。

③假設金剛石晶胞的邊長為apm，試計算該晶胞的密度_________g/cm3(寫出表達式即可)。

Answer 1

【答案】 6 球形 Mg C>Si>CO 金剛石和晶體硅都是原子晶體且晶體結構相似，C的原子半徑小于硅的原子，所以金剛石中C-C鍵長短，鍵能大，所以金剛石的熔沸點比晶體硅小，CO是分子晶體熔沸點最小 C 12NA Sp3 109028 8 16

【解析】（1）基態(tài)硅原子核外電子排布為1s22s22p63s23p2，每一個s能級有1個軌道，s軌道全滿，有3對自旋相反的電子，2p能級有3個軌道，全充滿電子，2P軌道有3對自旋相反的電子，所以基態(tài)硅原子中存在6對自旋相反的電子；Mg的基態(tài)核外電子排布為1s22s22p63s2，3S軌道是最外層，S能級的電子云圖是球形的，所以基態(tài)Mg 的最外層電子所占據(jù)的能級的電子云能廓圖是球形；

（2）第一電離能是原子失去最外層的一個電子所需能量，第一電離能數(shù)值越小，原子越容易失去一個電子，上述反應中涉及的元素有：C、O、Mg、Si，其中C、O、Si是非金屬元素，較難失去電子， Mg元素的金屬性最強，最易失去電子，所有元素第一電離能最小的元素是：Mg；

（3）C (金剛石)，晶體Si都是原子晶體，熔點高，它們結構相似，但碳原子的半徑比硅原子半徑小，共價鍵的鍵能大，所以C (金剛石)的熔點比晶體Si高，而CO是分子晶體，熔沸點低，所以三種物質(zhì)的熔沸點從高到低的順序：C>Si>CO；原因：金剛石和晶體硅都是原子晶體且晶體結構相似，C的原子半徑小于硅的原子，所以金剛石中C-C鍵長短，鍵能大，所以金剛石的熔沸點比晶體硅小，CO是分子晶體熔沸點最小 ；

（4）配體中給出孤對電子與中心離子直接形成配位鍵的原子，叫配位原子；CO在Cr(CO)6中可作為配體，配原子是C，CO與N2是等電子體，其結構式是C≡O ，1molCO中含π鍵的數(shù)目是2mol，所以1mol該配合物中含有π鍵的數(shù)目12NA；

（5）①在二氧化硅晶體中每個硅原子與周圍的4個氧原子的成鍵情況與金剛石晶體中的碳原子與周圍4個碳原子連接的情況是相同的。所以SiO2晶胞中Si采用SP3雜化，金剛石是正四面體結構單元，其鍵角是109028，所以SiO2晶胞中O-Si-O的鍵角也是109028；

②SiO2晶體為面心立體結構，每個SiO2晶胞含有Si原子的個數(shù)為8×1/8+6×1/2+4=8，按Si、O原子個數(shù)比，O原子數(shù)是16；

③一個晶胞含有8個C原子結構，所以一個晶胞的質(zhì)量為12×8/NA=96/NA，晶胞邊長為anm，所以SiO2晶體的密度ρ＝m/V＝96/［NA（a×10-3）3］