Question

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        ，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NH₄CI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：

化学键	C-C	C-H	C-O	Si-Si	Si-H	Si-O
键能（KJ/mol）	356	413	336	226	318	452

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        化学式为    。

Answer

（1）M；9；4  （2）二氧化硅；  （3）共价键；3

（4）Mg2Si＋4NH4Cl=SiH4＋4NH3＋2MgCl2

（5）①硅烷中的Si－Si键和Si－H键的键能小于烷烃分子中C－C键和C－H键的键能，稳定性差，易断裂，导致长链硅烷难以形成，所以硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多。

②由于键能越大，物质越稳定，C－H键的键能大于C－O键的键能，故C－H键比C－O键稳定；而Si－H键的键能却远小于Si－O键的键能，所以Si－H键不稳定，而倾向于形成稳定性更强的Si－O键，即更易生成氧化物。

（6）sp3；1:3；[SiO3]n2n－(或SiO32－)

【解析】 （1）基态Si原子中，有14个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，电子占据的最高能层符号为M。该能层具有的原子轨道数为1个s轨道，3个p轨道，5个d轨道。

（2）硅主要以硅酸盐、二氧化硅等化合物的形式存在于地壳中。

（3）单质硅存在与金刚石都属于原子晶体，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，其中在面心位置贡献为6×1/2＝3个原子。

（4）Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为Mg2Si + 4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2。

（5）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，导致长链硅烷难以生成。②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于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）中心原子Si原子的杂化形式为sp3，Si与O的原子数之比为1∶3，化学式为[SiO3]n2n-(或SiO32-)。