Question

12．硅是重要的半导体材料，构成现代电子工业的基础．硅及其化合物在工业中应用广泛，在国防和航天工业中亦有许多用途．
（1）硅原子中最外层电子排布式为2s²2p²，该层电子的电子云有3种不同的伸展方向．
（2）温石棉矿是一种硅酸盐类矿物，化学式写作氧化物形式为6MgO•4SiO₂•4H₂O，其中原子半径最大的元素在周期表中的位置是第三周期第IIA族．SiO₂存在与金刚石结构类似的晶体，其中硅氧原子之间以b相结合．
a．离子键    b．极性键    c．非极性键    d．范德华力
（3）甲硅烷（SiH₄）是一种无色的液体，遇到空气能爆炸性自燃，生成二氧化硅固体和水．在室温下，10g SiH₄自燃放出热量446kJ，请写出其燃烧的热化学方程式：SiH₄（l）+2O₂（g）=SiO₂（S）+2H₂O（l）+1427.2 kJ；
（4）SiH₄的热稳定性不如CH₄，其原因是非金属性C＞Si，它们的气态氢化物的热稳定性CH₄＞SiH₄．工业上硅铁可以用于冶镁．以煅白（CaO•MgO）为原料与硅铁（含硅75%的硅铁合金）混合，置于密闭设备中于1200℃发生反应：
2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄ （l）+2Mg（g）
（5）常温下镁的还原性强于硅．上述方法能够获得镁的原因是：1200℃时反应生成的镁以蒸气的形式逸出，使平衡向正反应方向移动．
（6）若上述反应在容积为a L的密闭容器中发生，一定能说明反应已达平衡的是bc（选填编号）．
a．反应物不再转化为生成物
b．炉内Ca₂SiO₄与CaO•MgO的质量比保持不变
c．反应放出的总热量不再改变
d．单位时间内，n（CaO•MgO）_消耗：n（Ca₂SiO₄）_生成=2：1
若b g煅白经t min反应后转化率达70%，该时段内Mg的生成速率是$\frac{0.7b}{96at}$mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）Si原子序数为14，最外层3个电子层，最外层电子数为4；该原子中含有3个s轨道、6个p轨道，共有3种伸展方向；
（2）二氧化硅晶体和金刚石晶体类似都属于原子晶体，硅氧原子之间以共价键结合，不同原子之间是极性键；
（3）根据甲硅烷的质量计算1mol甲硅烷燃烧放出的热量，结合化学方程式书写热化学方程式．注意物质的聚集状态和反应热的单位等问题；
（4）根据元素周期律知识：同主族从上到下，氢化物的稳定性逐渐减弱来回答；
（5）根据化学平衡移动原理来回答；
（6）根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化；一定条件下若反应达到最大限度，说明达到了平衡状态；根据v=$\frac{△c}{△t}$来计算化学反应速率．

解答 解（1）Si原子序数为14，最外层3个电子层，最外层电子数为4，故最外层电子排布式为：2s²2p²；该原子中含有3个s轨道、6个p轨道，s能级电子云的形状为球形，无伸展方向，p层共有3种伸展方向，故答案为：2s²2p²；3；
（2）二氧化硅晶体和金刚石晶体类似都属于原子晶体，硅氧原子之间以极性共价键结合，故答案为：b；
（3）n（SiH₄）=$\frac{10g}{32g/mol}$=$\frac{10}{32}$mol，则1molSiH₄燃烧放出的热量为：446kJ×$\frac{32}{10}$=1427.2kJ，反应的化学方程式为：SiH₄+O₂=SiO₂+2H₂O，则热化学方程式为：SiH₄（g）+O₂（g）=SiO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1427.2kJ/mol，故答案为：SiH₄（g）+O₂（g）=SiO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1427.2kJ/mol；
（4）根据元素周期律，非金属性C＞Si，则它们的气态氢化物的热稳定性CH₄＞SiH₄，故答案为：非金属性C＞Si，它们的气态氢化物的热稳定性CH₄＞SiH₄；
（5）1200℃时发生反应为2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄ （l）+2Mg（g），此时镁以蒸气的形式逸出，使平衡向正反应方向移动，使得化学反应能发生，
故答案为：1200℃时反应生成的镁以蒸气的形式逸出，使平衡向正反应方向移动；
（6）a．化学平衡是动态平衡，反应物不再转化为生成物，则是证明反应结束的，故错误；
b．炉内Ca₂SiO₄与CaO•MgO的质量比保持不变，达到了平衡，故正确；
c．反应放出的热量不再改变，证明正逆反应速率是相等的，各个组分的浓度不随时间的变化而改变，故正确；
d．单位时间内，n（CaO•MgO）_消耗：n（Ca₂SiO₄）_生成=2：1，不能证明正逆反应速率相等，故错误，
Mg的生成速率v=$\frac{\frac{b}{96}×70%}{at}$$\frac{0.7b}{96at}$=mol/（L•min），
故答案为：bc；$\frac{0.7b}{96at}$mol/（L•min）．

点评 本题目综合考查学学生物质的结构和化学键、化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断以及元素周期律知识，是一道知识的灵活应用题目，注意能力的培养是关键，难度大．