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 |
②SiH4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 。
(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-)
(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-)。