题目内容
[化学-选修3：物质结构与性质]
硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础．请回答下列问题：
（1）基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为
（2）硅主要以硅酸盐、
（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
（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：
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，SiO
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
硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础．请回答下列问题：
（1）基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为
M
M
，该能层具有的原子轨道数为9
9
、电子数为4
4
．（2）硅主要以硅酸盐、
二氧化硅
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结构类似的晶体，其中原子与原子之间以
共价键
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3
3
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
Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2
Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2
．（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-1） | 356 | 413 | 336 | 226 | 318 | 452 |
C-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．
C-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
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）在硅酸盐中，SiO
4- 4 |
sp3
sp3
，Si与O的原子数之比为1：3
1：3
，化学式为SiO32-
SiO32-
．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×
=3个；
（4）Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4、NH3和MgCl2；
（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；
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
）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-；
（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 |
（4）Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4、NH3和MgCl2；
（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；
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 |
解答：解：（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）；
故答案为：M；9；4；
（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，
故答案为：二氧化硅
（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×
=3个；
故答案为：共价键；3；
（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，故答案为：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，
故答案为：C-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；
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；
故答案：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）硅酸盐中的硅酸根（SiO
）为正四面体结构，所以中心原子Si原子采取了sp3杂化方式；
故答案为：sp3
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-；
故答案为：1：3；SiO32-；
故答案为：M；9；4；
（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，
故答案为：二氧化硅
（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 |
故答案为：共价键；3；
（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，故答案为：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，
故答案为：C-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；
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；
故答案：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）硅酸盐中的硅酸根（SiO
4- 4 |
故答案为：sp3
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-；
故答案为：1：3；SiO32-；
点评：本题主要考查了基态原子的核外电子排布、晶体结构、化学方程式的书写、杂化轨道、化学键等知识，难度中等．
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