Question

【題目】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)�；卮鹣铝袉栴}:

(1)基態(tài)Si原子中，電子占據(jù)的最高能層符號________________ ，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個原子，其中在面心位置貢獻(xiàn)________________個原子。

(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NH4CI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:

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___________SiH4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(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 [SiO3] n2n-(或SiO32-)

【解析】

(1)Si原子核外電子數(shù)為14，基態(tài)原子核外電子排布為1s22s22p63s23p2，據(jù)此解答；

(2)硅在自然界中主要以硅酸鹽和二氧化硅形式存在；

(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(jié)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(jié)構(gòu)），則面心位置貢獻(xiàn)的原子為 6×=3個；

(4)Mg2Si和NH4Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得SiH4、NH3和MgCl2；

(5)①鍵能越小，化學(xué)鍵越不穩(wěn)定；

②鍵能越小，化學(xué)鍵越不穩(wěn)定，反應(yīng)傾向于形成穩(wěn)定性更強(qiáng)方向進(jìn)行；

(6)硅酸鹽中的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；根據(jù)圖（b）的一個結(jié)構(gòu)單元中含有1個硅、3個氧原子。

(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(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(jié)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(jié)構(gòu)），則面心位置貢獻(xiàn)的原子為 6×=3個；

(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；

(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；

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；

(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）的一個結(jié)構(gòu)單元中含有1個硅、3個氧原子，化學(xué)式為SiO32-。