Question

硅是重要的半導(dǎo)體材料，構(gòu)成了現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)。回答下列問題：

(1)硅主要以硅酸鹽、____________等化合物的形式存在于地殼中。

(2)單質(zhì)硅存在與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體，其中原子與原子之間以________相結(jié)合，其晶胞中共有8個(gè)原子，其中在面心位置貢獻(xiàn)________個(gè)原子。

(3)單質(zhì)硅可通過甲硅烷(SiH₄)分解反應(yīng)來制備。工業(yè)上采用Mg₂Si和NH₄Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得SiH₄，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________。

(4)碳和硅的有關(guān)化學(xué)鍵鍵能如下所示，簡(jiǎn)要分析和解釋下列有關(guān)事實(shí)：

化學(xué)鍵	C—C	C—H	C—O	Si—Si	Si—H	Si—O
鍵能/ (kJ·mol－1)	356	413	336	226	318	452

①硅與碳同族，也有系列氫化物，但硅烷在種類和數(shù)量上都遠(yuǎn)不如烷烴多，原因是________________________________________________________________________。

②SiH₄的穩(wěn)定性小于CH₄，更易生成氧化物，原因是________________________________

________________________________________________________________________。

(5)在硅酸鹽中，SiO四面體[如下圖(a)]通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網(wǎng)狀四大類結(jié)構(gòu)型式。圖(b)為一種無限長(zhǎng)單鏈結(jié)構(gòu)的多硅酸根，其中Si原子的雜化形式為__________，Si與O的原子數(shù)之比為__________，化學(xué)式為__________。

Answer 1

解析　(1)硅在自然界中主要以硅酸鹽和二氧化硅等化合物的形式存在于地殼中。

(2)單質(zhì)硅存在與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體，其中原子與原子之間以硅硅共價(jià)鍵相結(jié)合，其晶胞中共有8個(gè)原子，其中在面心位置的是6個(gè)原子，每個(gè)面心原子貢獻(xiàn)二分之一，所以6個(gè)面心原子對(duì)該晶胞貢獻(xiàn)3個(gè)原子。

(3)根據(jù)題意：工業(yè)上采用Mg₂Si和NH₄Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得SiH₄，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Mg₂Si＋4NH₄Cl===SiH₄＋4NH₃＋2MgCl₂。

(4)①分析表格中C—C鍵、C—H鍵、Si—Si鍵、Si—H鍵的鍵能，可以得出：C—C鍵和C—H鍵較強(qiáng)，所形成的烷烴穩(wěn)定，而硅烷中Si—Si鍵和Si—H鍵的鍵能較低，易斷裂，導(dǎo)致長(zhǎng)鏈硅烷難以生成，所以硅烷在種類和數(shù)量上都遠(yuǎn)不如烷烴多；②分析表格中C—H鍵、C—O鍵、Si—H鍵、Si—O鍵的鍵能，可以得出：C—H鍵的鍵能大于C—O鍵，C—H鍵比C—O鍵穩(wěn)定，而Si—H鍵的鍵能卻遠(yuǎn)小于Si—O鍵，所以Si—H鍵不穩(wěn)定而傾向于形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的Si—O鍵，所以SiH₄的穩(wěn)定性小于CH₄，更易生成氧化物。

(5)圖(b)為一種無限長(zhǎng)單鏈結(jié)構(gòu)的多硅酸根，其中每個(gè)Si原子和4個(gè)氧原子形成四面體結(jié)構(gòu)，故Si原子雜化方式為sp³，Si與O原子數(shù)之比為1∶3，化學(xué)式為[SiO₃](或SiO)。

答案　(1)二氧化硅　(2)共價(jià)鍵　3　(3)Mg₂Si＋4NH₄Cl===SiH₄＋4NH₃＋2MgCl₂　(4)①C—C鍵和C—H鍵較強(qiáng)，所形成的烷烴穩(wěn)定。而硅烷中Si—Si鍵和Si—H鍵的鍵能較低，易斷裂。導(dǎo)致長(zhǎng)鏈硅烷難以生成�、贑—H鍵的鍵能大于C—O鍵，C一H鍵比C—O鍵穩(wěn)定。而Si—H鍵的鍵能卻遠(yuǎn)小于Si—O鍵，所以Si—H鍵不穩(wěn)定而傾向于形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的Si—O鍵　(5)sp³　1∶3　[SiO₃](或SiO)