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NH₄Cl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一O	Si—Si	Si—H	Si一O
键能／(kJ·mol^－^1)	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             。

Answer

【解析】

试题分析：：（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 6×1 2 =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（SiO  4−4 ）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，化学式为SiO32-；

考点：硅和二氧化硅；原子核外电子排布；键能、键长、键角及其应用；晶胞的计算；原子轨道杂化方式及杂化类型判断。