Question

8．倍半硅氧烷在液晶显示、塑料阻燃、生物医用等领域具有重要应用，氢基倍半硅氧烷的分子结构如图A所示，其加热分解产物中SiO₂的晶胞结构如图B所示，回答下列问题：

（1）基态Si原子的最外层电子排布式为3s²3p²，其中成对电子之间的主要区别是自旋方向相反
（2）图A分子中H的化合价为-1，Si原子采用sp³杂化，形成的极性共价键类型为σ键；键的极性Si-H键＜Si-O（填空“＞”、“＜”、“=”）
（3）图A分子结构中，一个硅原子被3个八元环共有，硅的配位数为4，该分子的分子式为Si₈H₈O₁₂
（4）氢基倍半硅氧烷为分子晶体，SiO₂为原子晶体；
（5）每个SiO₂晶胞含有Si原子的个数为8；已知SiO₂晶体为面心立体结构，晶胞参为anm，阿伏加德罗常数的值为N_A，则SiO₂晶体的密度为$\frac{480}{{N}_{A}（a×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）根据原子核外电子排布规律分析；根据泡利原理成对电子自旋方向相反；
（2）根据分子的组成判断形成的δ键数目以及孤电子对数目，以此判断杂化类型；两种元素非金属性差距越大极性越大；
（3）A分子结构中Si原子位于顶点，被3个面所共有，每个面含有8个原子；A为分子结构式，所有原子均为一个分子共有；
（4）图A所示为氢基倍半硅氧烷的分子结构，则氢基倍半硅氧烷形成分子晶体，SiO₂为原子晶体；
（5）SiO₂晶体为面心立体结构，根据晶胞的均摊法计算原子个数，根据晶胞中$ρ=\frac{m}{V}$计算．

解答 解：（1）硅原子核外有14个电子，根据核外电子排布规律知，每个电子层上最多排2n²个电子，但最外层不大于8个电子，s能级上最多排2个电子，p能级上最多排6个电子，所以硅原子的最外层电子排布式为3s²3p²；根据泡利原理成对电子自旋方向相反，
故答案为：3s²3p²；自旋方向相反；
（2）A分子中O原子显-2价，则Si显+4价，H显-1价；Si原子与O原子、O原子形成4个共价键，即含有4个σ电子对，硅原子无孤对电子，所以Si原子采用的杂化类型为sp³杂化；两种元素非金属性差距越大极性越大，Si-O之间的非金属性之差大于Si-H之间的非金属性之差，所以Si-O键的极性强于Si-H键的极性，
故答案为：-1；sp³σ键；＜；
（3）A分子结构中Si原子位于顶点，被3个面所共有，每个面含有4个O原子和4个Si原子，共8个原子，硅的配位数为4；A为分子结构式，所有原子均为一个分子共有，分子中含有8个Si原子，8个H原子和12个O原子，故分子的分子式为Si₈H₈O₁₂，
故答案为：八；4；Si₈H₈O₁₂；
（4）图A所示为氢基倍半硅氧烷的分子结构，所以则氢基倍半硅氧烷形成的晶体类型为分子晶体，而SiO₂为原子晶体，
故答案为：分子；原子；
（5）SiO₂晶体为面心立体结构，每个SiO₂晶胞含有Si原子的个数为8×$\frac{1}{8}+6×\frac{1}{6}+4$=8，一个晶胞含有8个“SiO₂”结构，所以一个晶胞的质量为$\frac{60×8}{{N}_{A}}$=$\frac{480}{{N}_{A}}$，晶胞边长为anm，故SiO₂晶体的密度$ρ=\frac{m}{V}=\frac{480}{{N}_{A}（a×1{0}^{-7}）^{3}}$．故答案为：8；$\frac{480}{{N}_{A}（a×1{0}^{-7}）^{3}}$．

点评 本题考查了晶胞的计算、原子轨道杂化方式及杂化类型判断以及原子核外电子排布等知识点，综合性较强，难度中等．