Question

【题目】碳族元素(Carbon group)包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、鈇(Fl)六种。

(1)已知Sn为50号元素，其价电子排布式为 ______；价电子中成对电子数为______个。

(2)已知CO与N2的结构相似，则CO的电子式为______，C、O、N第一电离能由大到小的顺序为______，三者最简单氢化物的熔沸点高低顺序为 ______(用“化学式”表示）。

(3)甲硅烷(SiH4)可用来制取超纯半导体硅，工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得甲硅烷，该反应的化学方程式为___________。

(4)碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠，是由于HCO3-能够形成双聚或多聚链状离子的结果，HCO3-中C原子的杂化方式为_______，HCO3-能够双聚或多聚的原因是__________。

(5) SiC作为C和Si唯一稳定的化合物，每个Si(或C)原子与周边包围的C(Si)原子通过________杂化相互结合。已经发现SiC具有250多种型体。某立方系晶体其晶胞参数为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，该晶胞中原子的坐标参数为：

C部分原子：(0，0，0)；(，，0)；(，0，)；(0，，)

Si全部原子：(，，)；(，，)；(，，)；(，)

该立方晶胞中Si原子构成的空间构型为_______，晶体的密度可表示为________g/cm3。

Answer 1

【答案】5s25p2 2 N>O>C H2O>NH3>CH4 Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+4NH3↑+2MgCl2 sp2 HCO3-间能够通过氢键相互聚合 sp3 正四面体 ×1030

【解析】

(1)已知Sn为50号元素，它是第五周期第IVA，根据其核外电子排布书写其价层电子排布式，结合泡利原理和洪特规则判断其价电子中成对电子数。

(2)根据等电子体结构相似，N2分子中2个N原子形成3对共用电子对； 一般情况下同一周期的元素的原子序数越大，元素的第一电离能就越大。但IIA、VA处于核外电子轨道的全满、半满的稳定状态，第一电离能大于相邻主族的元素；结合氢键、分子间作用力判断氢化物的熔沸点高低；

(3)Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得甲硅烷、氨气和MgCl2，据此可得该反应的化学方程式；

(4)根据HCO3-中碳原子形成σ键数和孤电子对数判断C原子的杂化方式；HCO3-能够双聚或多聚与微粒间的氢键的存在有关；

(5)SiC中每个C与相邻的4个Si形成共价键，每个Si原子与相邻的4个C形成共价键，结合C、Si原子最外层电子数判断原子的杂化方式；根据晶胞中Si原子的位置可知其空间构型为正四面体形；结合晶胞中C、Si原子的坐标参数可确定一个晶胞中含有的C、Si原子个数，然后根据ρ=计算晶体的密度，注意单位的变换。

(1)Sn为50号元素，它是第五周期第IVA的元素，根据其核外电子排布可知其价层电子排布式为5s25p2，根据泡利原理和洪特规则，可知其价电子中成对电子数是2个5s电子；

(2)N2与CO互为等电子体，由于N2分子中2个N原子形成3对共用电子对，因此CO分子中C、O原子也是通过3对共用电子对结合，电子式为；C、O、N是同一周期 元素，一般情况下同一周期的元素的原子序数越大，元素的第一电离能就越大。但N元素为VA元素，由于其2p轨道的电子排布处于半满的稳定状态，所以其第一电离能大于O，故三种元素的第一电离能由大到小的顺序为：N>O>C；这三种元素的氢化物NH3、H2O、CH4，由于NH3、H2O分子之间除存在范德华力外，还存在分子间氢键，氢键大于范德华力，且氢键的数目H2O>NH3，作用力越大，克服这些作用力使物质熔化、气化消耗的能量就越高，所以物质的沸点由高到低的顺序为H2O>NH3>CH4；

(3)Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得甲硅烷、氨气和MgCl2，据此可得该反应的化学方程式为：Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+4NH3↑+2MgCl2；

(4)在HCO3-中C原子形成2个C—O键和1个C=O键，即C原子形成3个σ键，且C上没有孤电子对，C原子的杂化方式是采用sp2杂化；HCO3-中含O—H键，HCO3-能够双聚或多聚是由于HCO3-间能够通过氢键相互聚合；

(5)SiC中每个C与相邻的4个Si形成共价键，每个Si原子与相邻的4个C形成共价键，结合C、Si原子最外层电子数都是4个，可知C、Si原子的杂化方式为sp3；结合晶胞中Si原子的位置可知其空间构型为正四面体形；根据给出的晶胞中部分C、全部Si原子的坐标参数可知Si原子在晶胞内部，一个晶胞中含有4个C、4个Si原子，则根据ρ==÷（a×10-10cm）3=×1030g/cm3。