Question

（15分）氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，硬度大、耐磨损。利用SiO₂和C的混合粉末在N₂的气氛中加热至1300℃反应制得。请回答下列问题：
（1）已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，则氮化硅的化学式____，晶体类型是   ；
（2）基态Si原子的电子排布式为_________；Si和C相比，电负性较大的是_________，
（3）在SiO₂晶体结构中，O－Si－O的键角是_______，Si原子和周围的四个O原子组成的空间构型为           ，SiO₂中Si的杂化类型_______；
（4）氮化硅抗腐蚀能力强，一般不与其他无机酸反应，但能和氢氟酸反应生成硅酸。试写出该反应的化学方程式                            。
（5）晶体硅的晶胞如图所示，则每个晶体硅的晶胞中含有     个硅原子。

Answer 1

(1) Si₃N₄ （2分）原子晶体（1分） (2) 1s²2s²2p⁶3s²2p²  （2分） C （1分）
(3) 109°28′（1分）     正四面体（2分）sp³（2分）          
(4) Si₃N₄+4HF+9H₂O＝3H₂SiO₃↓+4NH₄F（2分）     (5)  8（2分）

（1）每个原子都满足8电子稳定结构，所以其化合价分别是＋4价和－3价，因此化学式为Si₃N₄。由于晶体中的微粒是原子，所以形成的晶体是原子晶体。
（2）根据构造原理可知，基态Si原子的电子排布式为 1s²2s²2p⁶3s²2p² 。非金属性越强，电负性越大，所以碳的电负性大于硅的。
（3）由于在SiO₂晶体结构中，Si原子和周围的四个O原子相邻，所以构成的应是正四面体，采用的是sp3杂化，O－Si－O的键角是 109°28′。
（4）能和氢氟酸反应生成硅酸，则根据原子守恒可知，另外一种生成物是NH₄F，所以方程式为Si₃N₄+4HF+9H₂O＝3H₂SiO₃↓+4NH₄F。
（5）根据晶体硅的晶胞结构可知，8个顶点有8个硅原子，6个面心处有6个硅原子，晶胞内部还有4个硅原子，所以共计是8×1/8＋6×1/2＋4＝8个。