Question

【題目】硅是重要的半導體材料，構成了現代電子工業的基礎．請回答下列問題：
（1）基態Si原子中，電子占據的最高能層符號為 ， 該能層具有的原子軌道數為、電子數為 ．
（2）硅主要以硅酸鹽、等化合物的形式存在于地殼中．
（3）單質硅存在與金剛石結構類似的晶體，其中原子與原子之間以相結合，其晶胞中共有8個原子，其中在面心位置貢獻個原子．
（4）單質硅可通過甲硅烷（SiH4）分解反應來制備．工業上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介質中反應制得SiH4 ， 該反應的化學方程式為 ．
（5）碳和硅的有關化學鍵鍵能如下所示，簡要分析和解釋下列有關事實：

化學鍵	C﹣C	C﹣H	C﹣O	Si﹣Si	Si﹣H	Si﹣O
鍵能/（kJmol﹣1	356	413	336	226	318	452

①硅與碳同族，也有系列氫化物，但硅烷在種類和數量上都遠不如烷烴多，原因是 ．
②SiH4的穩定性小于CH4 ， 更易生成氧化物，原因是 ．
（6）在硅酸鹽中，SiO4﹣4四面體（如圖1）通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網狀四大類結構型式．圖（2）為一種無限長單鏈結構的多硅酸根，其中Si原子的雜化形式為 ， Si與O的原子數之比為 ， 化學式為 ．

Answer 1

【答案】
（1）M；9；4
（2）二氧化硅
（3）共價鍵；3
（4）Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+4NH3↑+2MgCl2
（5）C﹣C鍵和C﹣H鍵較強，所形成的烷烴穩定，而硅烷中Si﹣Si鍵和Si﹣H鍵的鍵能較低，易斷裂，導致長鏈硅烷難以生成；C﹣H鍵的鍵能大于C﹣O鍵，C﹣H鍵比C﹣O鍵穩定，而Si﹣H鍵的鍵能卻遠小于Si﹣O鍵，所以Si﹣H鍵不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si﹣O鍵
（6）sp3；1：3；[SiO3]n2n﹣（或SiO32﹣）
【解析】解：（1.）原子中，離原子核越遠的電子層其能量越高，所以Si原子中M電子層能量最高；該原子中含有3個s軌道、6個p軌道，所以一共有9個軌道，電子數為4，故答案為：M；9；4；
（2.）硅屬于親氧元素，在自然界中不能以單質存在，主要以二氧化硅和硅酸鹽存在，故答案為：二氧化硅；
（3.）硅單質中硅硅之間以共價鍵結合，硅晶胞中每個頂點上有1個Si、面心是有1個Si、在晶胞內部含有4個Si原子，利用均攤法知，面心提供的硅原子個數=6× =3，故答案為：共價鍵；3；
（4.）可使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體是氨氣，再根據元素守恒知還生成氯化鎂MgCl2 ， 所以反應方程式為：Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+4NH3↑+2MgCl2 ， 故答案為：Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+4NH3↑+2MgCl2；
（5.）①鍵能越大形成的化學鍵越穩定，C﹣C鍵和C﹣H鍵的鍵能大于Si﹣Si鍵和Si﹣H鍵的鍵能，所以C﹣C鍵和C﹣H鍵較強，所形成的烷烴穩定，而硅烷中Si﹣Si鍵和Si﹣H鍵的鍵能較低，易斷裂，導致長鏈硅烷難以生成，故答案為：C﹣C鍵和C﹣H鍵較強，所形成的烷烴穩定，而硅烷中Si﹣Si鍵和Si﹣H鍵的鍵能較低，易斷裂，導致長鏈硅烷難以生成；②鍵能越大形成的化學鍵越穩定，CC﹣H鍵的鍵能大于Si﹣H鍵的鍵能，而Si﹣H鍵的鍵能卻遠小于Si﹣O鍵，所以Si﹣H鍵不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si﹣O鍵，故答案為：C﹣H鍵的鍵能大于C﹣O鍵，C﹣H鍵比C﹣O鍵穩定，而Si﹣H鍵的鍵能卻遠小于Si﹣O鍵，所以Si﹣H鍵不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si﹣O鍵；
（6.）Si原子形成四個σ鍵，Si原子的雜化形式為sp3 ， 根據圖片知，每個三角錐結構中Si原子是1個，O原子個數=2+2× =3，所以硅原子和氧原子個數之比=1：3，3個O原子帶6個單位負電荷，每個硅原子帶4個單位正電荷，所以形成離子為[SiO3]n2n﹣ （或SiO32﹣），故答案為：sp3；1：3；[SiO3]n2n﹣ （或SiO32﹣）．
（1）原子中，離原子核越遠的電子層其能量越高；該原子中含有3個s軌道、6個p軌道；（2）硅屬于親氧元素，在自然界中主要以二氧化硅和硅酸鹽存在；（3）非金屬元素之間易形成共價鍵；利用均攤法計算；（4）可使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體是氨氣，再根據元素守恒知還生成氯化鎂MgCl2；（5）①鍵能越大形成的鍵越穩定；②鍵能越大形成的化學鍵越穩定，鍵能越小越不穩定；（6）利用均攤法計算其原子個數比，從而確定其化學式．