Question

【化学--选修3：物质结构与性质】
硅与金刚砂（SiC）是两种重要的工业产品，它们都可由二氧化硅与碳反应制得．

（1）由SiO₂生成SiC的化学方程式是

 

． 氮化硅（Si₃N₄）也是一种高硬度高沸点的物质，其制备方法是在H₂的保护下，使SiCl₄与N₂反应沉积在石墨表面，形成一层致密的氮化硅层，写出该反应的化学方程式

 

．
（2）基态Si原子的价电子排布图为

 

；Si与C相比，电负性较大的是

 

（填元素符号）．
（3）从原子轨道重叠的角度，X分子中含有的化学键是

 

，X可与氧气反应生成Y，Y分子的中心原子杂化轨道类型是

 

，键角是

 

．SiO₂与HF溶液反应可以生成一种气态物质，该物质的立体构型为

 

．
（4）SiC的一种晶体与晶体硅的结构相似，其中C原子和Si原子的位置是交替的，在SiC中最小的环上有

 

个原子，SiC与晶体硅相比，

 

熔点较高，原因是

 

．
（5）生铁中存在着碳铁化合物．若铁晶体的晶胞结构如图，铁的密度是dg/cm³，则铁原子的半径是

 

cm．（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为N_A）．

Answer 1

考点：晶体的类型与物质熔点、硬度、导电性等的关系,原子核外电子排布,元素电离能、电负性的含义及应用,化学键,晶胞的计算,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：原子组成与结构专题,化学键与晶体结构

分析：（1）SiO₂和焦炭反应生成碳化硅和CO，依据原子守恒可确定另外一种生成物为HCl；
（2）根据核外电子排布规则可知Si的价电子排布式，然后书写电子排布图，同主族自下而上电负性逐渐增大；
（3）CO含有的化学键为极性共价键，二氧化碳为直线型结构，C采用sp杂化，180°，SiF4中心原子Si的价电子对数为4，因此为正四面体结构；
（4）晶体硅中最小的为六元环，含有6个原子，SiC与硅晶体相似，因此也含有6个原子；原子晶体熔沸点的高低取决于共价键的稳定性；
（5）求出一个晶胞含有的铁原子数目和质量，带入密度公式计算．

解答： 解：（1）SiO₂和焦炭反应生成碳化硅和CO，化学方程式为：SiO₂+2C═SiC+2CO；依据原子守恒可确定另外一种生成物为HCl，在H₂的保护下，使SiCl₄与N₂反应生成氮化硅的化学方程式为：3SiCl₄+2N₂+6H₂=Si₃N₄+12HCl，
故答案为：SiO₂+2C═SiC+2CO；3SiCl₄+2N₂+6H₂=Si₃N₄+12HCl；
（2）基态Si原子的价电子排布式为3s²3p²，基态Si原子的价电子排布图为，同主族自下而上电负性逐渐增大，因此电负性：C＞Si，
故答案为：；C；
（3）CO含有的化学键为极性共价键，二氧化碳为直线型结构，C采用sp杂化，180°，SiF4中心原子Si的价电子对数为4，因此为空间构型为正四面体结构，
故答案为：极性共价键；sp；180°；正四面体；
（4）晶体硅中最小的为六元环，含有6个原子，SiC与硅晶体相似，因此也含有6个原子，两者都是原子晶体，结构和组成相似，Si-Si键长大于Si-C键长，Si-Si键能小，晶体硅的熔沸点低于碳化硅，

故答案为：6；SiC；两者都是原子晶体，结构和组成相似，Si-Si键长大于Si-C键长，Si-Si键能小，晶体硅的熔沸点低于碳化硅；
（5）一个晶胞中含有的铁原子数目为：8×

1

8

+1×1=2，质量为

56×2

N A

g，由密度公式可知晶胞的体积V=

112

d?NA

cm³，晶胞的边长为：

3	112 d?NA

，因此铁原子的半径=

3

4

×

3	112 d?NA

cm=

3

4

3	112 d?NA

cm，
故答案为：

3

4

3	112 d?NA

．

点评：本题考查化学方程式的书写和物质结构中电子排布图、电负性、化学键、杂化类型、分子结构和空间构型、晶胞计算等知识，综合性强，为物质结构常规考题形式，计算难度较大．