Question

[化学——选修3：物质结构与性质]（15分）
硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题：
（1）基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为____     ，该能层具有的原子轨道数为____      、电子数为           。
（2）硅主要以硅酸盐、____             等化合物的形式存在于地壳中。
（3）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以              相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献____         个原子。
（4）单质硅可通过甲硅烷（SiH₄）分解反应来制备。工业上采用Mg₂Si和NH₄C1在液氨介质中反应制得SiH₄，该反应的化学方程式为___                     。
（5）碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：

①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是         。
②SiH₄的稳定性小于CH₄，更易生成氧化物，原因是____                              。
（6）在硅酸盐中，SiO₄^4－四面体（如下图（a））通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为               。Si与O的原子数之比为                。

Answer 1

（1）M   9   4
（2）二氧化硅
（3）共价键   3
（4）Mg₂Si+4NH₄Cl=SiH₄+4NH₃+2MgCl₂
（5）①C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂。导致长链硅烷难形成。
②C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而，Si—H键的键能远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键
（6）sp³    1：3     SiO₃^2-

试题分析：⑴根据硅的原子序数为14，其基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p²，则电子占据的最高能层符号为M（第三层），该能层具有的原子轨道数为9，电子数为4。
⑵硅主要以硅酸盐、二氧化硅等化合物的形式存在于地壳中。
⑶单质硅属于原子晶体，其中原子与原子之间以共价键相结合，其晶胞中共有8个原子，有6个位于面心，故在面心位置贡献3个原子。
⑷Mg₂Si和NH₄C1反应制备SiH₄，据原子守恒生成物还有NH₃和MgCl₂，最后根据观察法将其配平。
⑸①由于非金属性C＞Si，又据表中C－C键和C－H键的键能比Si－Si 、Si－H的键能大，故形成的烷烃比硅烷稳定，同时也导致长链硅烷难以生成，故硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多。
②由于C－H键的键能大于C－O键，说明C－H键比C－O键稳定，而Si－H键的键能却远小于Si－O键，所以Si－H键不稳定更倾向于生成更稳定的Si－O键，故SiH₄的稳定性小于CH₄，更易生成氧化物。
⑹根据“SiO₄^4－的四面体”结构，可知其Si原子的杂化形式为sp³；Si与O的原子数之比为1：（2+2×）＝1：3（注意：每个结构单元中有2个氧原子与其它2个结构单元共用）。