Question

【題目】碳族元素(Carbon group)包括碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈇(Fl)六種。

(1)已知Sn為50號元素，其價電子排布式為 ______；價電子中成對電子數(shù)為______個。

(2)已知CO與N2的結(jié)構(gòu)相似，則CO的電子式為______，C、O、N第一電離能由大到小的順序為______，三者最簡單氫化物的熔沸點高低順序為 ______(用“化學(xué)式”表示）。

(3)甲硅烷(SiH4)可用來制取超純半導(dǎo)體硅，工業(yè)上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得甲硅烷，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。

(4)碳酸氫鈉的溶解度小于碳酸鈉，是由于HCO3-能夠形成雙聚或多聚鏈狀離子的結(jié)果，HCO3-中C原子的雜化方式為_______，HCO3-能夠雙聚或多聚的原因是__________。

(5) SiC作為C和Si唯一穩(wěn)定的化合物，每個Si(或C)原子與周邊包圍的C(Si)原子通過________雜化相互結(jié)合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SiC具有250多種型體。某立方系晶體其晶胞參數(shù)為apm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，該晶胞中原子的坐標(biāo)參數(shù)為：

C部分原子：(0，0，0)；(，，0)；(，0，)；(0，，)

Si全部原子：(，，)；(，，)；(，，)；(，)

該立方晶胞中Si原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為_______，晶體的密度可表示為________g/cm3。

Answer 1

【答案】5s25p2 2 N>O>C H2O>NH3>CH4 Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+4NH3↑+2MgCl2 sp2 HCO3-間能夠通過氫鍵相互聚合 sp3 正四面體 ×1030

【解析】

(1)已知Sn為50號元素，它是第五周期第IVA，根據(jù)其核外電子排布書寫其價層電子排布式，結(jié)合泡利原理和洪特規(guī)則判斷其價電子中成對電子數(shù)。

(2)根據(jù)等電子體結(jié)構(gòu)相似，N2分子中2個N原子形成3對共用電子對； 一般情況下同一周期的元素的原子序數(shù)越大，元素的第一電離能就越大。但IIA、VA處于核外電子軌道的全滿、半滿的穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能大于相鄰主族的元素；結(jié)合氫鍵、分子間作用力判斷氫化物的熔沸點高低；

(3)Mg2Si和NH4Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得甲硅烷、氨氣和MgCl2，據(jù)此可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式；

(4)根據(jù)HCO3-中碳原子形成σ鍵數(shù)和孤電子對數(shù)判斷C原子的雜化方式；HCO3-能夠雙聚或多聚與微粒間的氫鍵的存在有關(guān)；

(5)SiC中每個C與相鄰的4個Si形成共價鍵，每個Si原子與相鄰的4個C形成共價鍵，結(jié)合C、Si原子最外層電子數(shù)判斷原子的雜化方式；根據(jù)晶胞中Si原子的位置可知其空間構(gòu)型為正四面體形；結(jié)合晶胞中C、Si原子的坐標(biāo)參數(shù)可確定一個晶胞中含有的C、Si原子個數(shù)，然后根據(jù)ρ=計算晶體的密度，注意單位的變換。

(1)Sn為50號元素，它是第五周期第IVA的元素，根據(jù)其核外電子排布可知其價層電子排布式為5s25p2，根據(jù)泡利原理和洪特規(guī)則，可知其價電子中成對電子數(shù)是2個5s電子；

(2)N2與CO互為等電子體，由于N2分子中2個N原子形成3對共用電子對，因此CO分子中C、O原子也是通過3對共用電子對結(jié)合，電子式為；C、O、N是同一周期 元素，一般情況下同一周期的元素的原子序數(shù)越大，元素的第一電離能就越大。但N元素為VA元素，由于其2p軌道的電子排布處于半滿的穩(wěn)定狀態(tài)，所以其第一電離能大于O，故三種元素的第一電離能由大到小的順序為：N>O>C；這三種元素的氫化物NH3、H2O、CH4，由于NH3、H2O分子之間除存在范德華力外，還存在分子間氫鍵，氫鍵大于范德華力，且氫鍵的數(shù)目H2O>NH3，作用力越大，克服這些作用力使物質(zhì)熔化、氣化消耗的能量就越高，所以物質(zhì)的沸點由高到低的順序為H2O>NH3>CH4；

(3)Mg2Si和NH4Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得甲硅烷、氨氣和MgCl2，據(jù)此可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+4NH3↑+2MgCl2；

(4)在HCO3-中C原子形成2個C—O鍵和1個C=O鍵，即C原子形成3個σ鍵，且C上沒有孤電子對，C原子的雜化方式是采用sp2雜化；HCO3-中含O—H鍵，HCO3-能夠雙聚或多聚是由于HCO3-間能夠通過氫鍵相互聚合；

(5)SiC中每個C與相鄰的4個Si形成共價鍵，每個Si原子與相鄰的4個C形成共價鍵，結(jié)合C、Si原子最外層電子數(shù)都是4個，可知C、Si原子的雜化方式為sp3；結(jié)合晶胞中Si原子的位置可知其空間構(gòu)型為正四面體形；根據(jù)給出的晶胞中部分C、全部Si原子的坐標(biāo)參數(shù)可知Si原子在晶胞內(nèi)部，一個晶胞中含有4個C、4個Si原子，則根據(jù)ρ==÷（a×10-10cm）3=×1030g/cm3。