Question

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)。回答下列問題：

(1)基態(tài)Si原子中，電子占據(jù)的最高能層符號為______，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NH₄Cl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：

化學(xué)鍵	C—C	C—H	C—O	Si—Si	Si—H	Si—O
鍵能/(kJ·mol－1)	356	413	336	226	318	452

①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________________________。

②SiH₄的穩(wěn)定性小于CH₄，更易生成氧化物，原因是______________________________________________。

(6)在硅酸鹽中，SiO四面體(如圖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

解析　(1)硅的基態(tài)原子中，能量最高的能層是第三電子層，符號為M，該能層有9個原子軌道，電子數(shù)為4。(2)硅還以SiO₂形式存于在地殼中。(3)硅晶體中，硅原子間以共價鍵結(jié)合在一起，其晶胞6個面上各有一個硅原子，依據(jù)均攤原則，面心位置貢獻(xiàn)3個原子。(4)可先寫出：Mg₂Si＋NH₄Cl—→SiH₄，由原子守恒知還應(yīng)該有MgCl₂生成，配平鎂、氯、硅元素后得Mg₂Si＋4NH₄Cl—→SiH₄＋2MgCl₂，再進(jìn)一步分析知還應(yīng)該有NH₃生成，最終結(jié)果為Mg₂Si＋4NH₄Cl===SiH₄＋2MgCl₂＋4NH₃。(5)某類物質(zhì)數(shù)量的多少與物質(zhì)內(nèi)化學(xué)鍵的穩(wěn)定性強(qiáng)弱有關(guān)，由表中數(shù)據(jù)知C—C鍵、C—H鍵分別比Si—Si鍵、Si—H鍵穩(wěn)定，故烷烴數(shù)量較多。同理因鍵能C—H>C—O、Si—O>Si—H，故SiH₄的穩(wěn)定性小于CH₄，更易生成氧化物。(6)因硅與四個氧原子形成四個σ鍵，故硅原子為sp³雜化。在圖a中，硅、氧原子數(shù)目比為1:4，但圖b中每個硅氧四面體中有兩個氧原子是與其他四面體共用的，故依據(jù)均攤原則可確定圖b中硅、氧原子數(shù)目比為1:3，化學(xué)式為(SiO₃)。

答案　(1)M　9　4

(2)二氧化硅

(3)共價鍵　3

(4)Mg₂Si＋4NH₄Cl===SiH₄＋4NH₃＋2MgCl₂

(5)①C—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

②C—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

(6)sp³　1:3　(或SiO)