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:

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___________SiH₄的稳定性小于CH₄，更易生成氧化物，原因是 ________________。

(6)在硅酸盐中，SiO₄⁴⁺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

M 9 4 二氧化硅 共价键 3 Mg2Si + 4NH4Cl = SiH4+ 4NH3+ 2MgCl2 C—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 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。 sp3 1∶3 [SiO3] n2n-(或SiO32-)

【解析】

(1)Si原子核外电子数为14，基态原子核外电子排布为1s22s22p63s23p2，据此解答；

(2)硅在自然界中主要以硅酸盐和二氧化硅形式存在；

(3)硅晶体和金刚石晶体类似都属于原子晶体，硅原子之间以共价键结合，在金刚石晶体的晶胞中，每个面心有一个碳原子（晶体硅类似结构），则面心位置贡献的原子为 6×=3个；

(4)Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4、NH3和MgCl2；

(5)①键能越小，化学键越不稳定；

②键能越小，化学键越不稳定，反应倾向于形成稳定性更强方向进行；

(6)硅酸盐中的SiO44-为正四面体结构，所以中心原子Si原子采取了sp3杂化方式；根据图（b）的一个结构单元中含有1个硅、3个氧原子。

(1)硅原子核外有14个电子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，对应能层分别别为K、L、M，其中能量最高的是最外层M层，该能层有s、p、d三个能级，s能级有1个轨道，p能级有3个轨道，d能级有5个轨道，所以共有9个原子轨道，硅原子的M能层有4个电子（3s23p2）；

(2)硅元素在自然界中主要以化合态（二氧化硅和硅酸盐）形式存在；

(3)硅晶体和金刚石晶体类似都属于原子晶体，硅原子之间以共价键结合．在金刚石晶体的晶胞中，每个面心有一个碳原子（晶体硅类似结构），则面心位置贡献的原子为 6×=3个；

(4)Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4、NH3和MgCl2，方程式为：Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2；

(5)①烷烃中的C-C键和C-H键大于硅烷中的Si-Si键和Si-H键的键能，所以硅烷中Si-Si键和Si-H键的键能易断裂，导致长链硅烷难以生成；

②键能越大、物质就越稳定，C-H键的键能大于C-O键，故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键不稳定而倾向与形成稳定性更强的Si-O键；

(6)硅酸盐中的硅酸根（SiO44-）为正四面体结构，所以中心原子Si原子采取了sp3杂化方式；故答案为：sp3根据图（b）的一个结构单元中含有1个硅、3个氧原子，化学式为SiO32-。