Question

18．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，反应关系如图1所示：

（1）基态硅原子核外未成对的电子数为2；Si与C相比，第一电离能较小的是Si（填元素符号）．
（2）由SiO₂生成SiC的化学方程式是SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑．
（3）粗硅提纯过程中往往会生成四氯化硅（SiCl₄），该物质在常温常压下为无色液体，其中Si原子的杂化轨道类型是sp³，Cl-Si-Cl键的键角为109°28′．
（4）SiC晶体与晶体硅（结构如图甲所示）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6个原子，SiC与晶体硅相比，SiC熔点较高．原因是二者均为原子晶体，结构和组成类似，Si-Si键键长大于Si-C键键长，故Si-Si键键能小，导致晶体硅的熔点低于碳化硅．
（5）SiC晶胞如图乙所示，Si-C键的键能为a kJ•mol^-1，理论上分解1mol SiC形成气态的原子所需要的能量为4akJ（用含a的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）根据核外电子排布规则判断，同主族从上到下第一电离能逐渐减小；
（2）依据图示可知X为CO，SiO₂和焦炭反应生成碳化硅和CO；
（3）根据四氯化硅中Si原子的价层电子对数判断杂化类型和键角；
（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）依据晶胞计算方法计算即可．

解答 解：（1）基态Si原子电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p²，则基态硅原子核外未成对的电子数为2，同主族自下而上第一电离能逐渐减小，因此第一电离能：C＞Si，
故答案为：2；Si；
（2）SiO₂和焦炭反应生成碳化硅和CO，化学方程式为：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO；
故答案为：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO；
（3）SiCl₄中Si原子的价层电子对数为4+$\frac{1}{2}$（4-4×1）=4，没有孤电子对，硅原子采用sp³杂化，为正四面体结构，故Cl-Si-Cl键的键角为109°28′；
故答案为：sp³；109°28′；
（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；二者均为原子晶体，结构和组成类似，Si-Si键键长大于Si-C键键长，故Si-Si键键能小，导致晶体硅的熔点低于碳化硅；
（5）SiC中，C位于顶点和面心，故C为：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si位于晶胞的中心，故Si为4，那么该晶胞即为Si₄C₄，即l mol SiC中含有4mol共价键，故分解l mol SiC形成气态原子所需要的能量为4akJ，
故答案为：4a．

点评 本题考查化学方程式的书写和电子排布规律、第一电离能、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，题目难度中等．