Question

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)硅主要以硅酸盐、____________等化合物的形式存在于地壳中。

(2)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。

(3)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______________________________________。

(4)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

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________________________________

________________________________________________________________________。

(5)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__________，Si与O的原子数之比为__________，化学式为__________。

Answer 1

解析　(1)硅在自然界中主要以硅酸盐和二氧化硅等化合物的形式存在于地壳中。

(2)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硅硅共价键相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置的是6个原子，每个面心原子贡献二分之一，所以6个面心原子对该晶胞贡献3个原子。

(3)根据题意：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。

(4)①分析表格中C—C键、C—H键、Si—Si键、Si—H键的键能，可以得出：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，所以硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多；②分析表格中C—H键、C—O键、Si—H键、Si—O键的键能，可以得出：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，所以SiH₄的稳定性小于CH₄，更易生成氧化物。

(5)图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中每个Si原子和4个氧原子形成四面体结构，故Si原子杂化方式为sp³，Si与O原子数之比为1∶3，化学式为[SiO₃](或SiO)。

答案　(1)二氧化硅　(2)共价键　3　(3)Mg₂Si＋4NH₄Cl===SiH₄＋4NH₃＋2MgCl₂　(4)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　②C—H键的键能大于C—O键，C一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　(5)sp³　1∶3　[SiO₃](或SiO)