Question

（15分）氮化硅是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，硬度大、耐磨損。利用SiO₂和C的混合粉末在N₂的氣氛中加熱至1300℃反應(yīng)制得。請回答下列問題：

（1）已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中，原子間都以單鍵相連，且N原子和N原子，Si原子與Si原子不直接相連，同時每個原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則氮化硅的化學(xué)式____，晶體類型是    ；

（2）基態(tài)Si原子的電子排布式為_________；Si和C相比，電負性較大的是_________，

（3）在SiO₂晶體結(jié)構(gòu)中，O－Si－O的鍵角是_______，Si原子和周圍的四個O原子組成的空間構(gòu)型為            ，SiO₂中Si的雜化類型_______；

（4）氮化硅抗腐蝕能力強，一般不與其他無機酸反應(yīng)，但能和氫氟酸反應(yīng)生成硅酸。試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式                             。

（5）晶體硅的晶胞如圖所示，則每個晶體硅的晶胞中含有      個硅原子。

 

Answer 1

【答案】

(1) Si₃N₄ （2分）原子晶體（1分） (2) 1s²2s²2p⁶3s²2p²  （2分） C （1分）

(3) 109°28′（1分）      正四面體（2分）sp³ （2分）          

(4) Si₃N₄+4HF+9H₂O＝3H₂SiO₃↓+4NH₄F（2分）     (5)  8（2分）

【解析】（1）每個原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以其化合價分別是＋4價和－3價，因此化學(xué)式為Si₃N₄。由于晶體中的微粒是原子，所以形成的晶體是原子晶體。

（2）根據(jù)構(gòu)造原理可知，基態(tài)Si原子的電子排布式為 1s²2s²2p⁶3s²2p² 。非金屬性越強，電負性越大，所以碳的電負性大于硅的。

（3）由于在SiO₂晶體結(jié)構(gòu)中，Si原子和周圍的四個O原子相鄰，所以構(gòu)成的應(yīng)是正四面體，采用的是sp3雜化，O－Si－O的鍵角是 109°28′。

（4）能和氫氟酸反應(yīng)生成硅酸，則根據(jù)原子守恒可知，另外一種生成物是NH₄F，所以方程式為Si₃N₄+4HF+9H₂O＝3H₂SiO₃↓+4NH₄F。

（5）根據(jù)晶體硅的晶胞結(jié)構(gòu)可知，8個頂點有8個硅原子，6個面心處有6個硅原子，晶胞內(nèi)部還有4個硅原子，所以共計是8×1/8＋6×1/2＋4＝8個。