Question

13．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）基态Si原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p²，最高能层具有的原子轨道数为9、电子数为4．
（2）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其晶体类型为原子晶体，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献3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NH₄CI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）在硅酸盐中，SiO₄^4-四面体[如图（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sp3，Si与O的原子数之比为1：3，化学式为SiO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）硅质子数为14，基态Si原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p²，最高能层具有的原子轨道数为1+3+5=9；电子数为4；
（2）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其晶体类型为原子晶体；利用均摊法计算；
（3）Mg₂Si和NH₄Cl在液氨介质中反应制得SiH₄、NH₃和MgCl₂；
（4）根据图（b）的一个结构单元中含有1个硅、3个氧原子，化学式为SiO₃^2-．

解答 解：（1）硅质子数为14，基态Si原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p²，最高能层具有的原子轨道数为1+3+5=9；电子数为4，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p²；9；4；
（2）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其晶体类型为原子晶体，硅晶胞中每个顶点上有1个Si、面心是有1个Si、在晶胞内部含有4个Si原子，利用均摊法知，利用均摊法知，面心提供的硅原子个数=6×$\frac{1}{2}$=3，
故答案为：原子晶体；3；
（3）Mg₂Si和NH₄Cl在液氨介质中反应制得SiH₄、NH₃和MgCl₂，方程式为：Mg₂Si+4NH₄Cl=SiH₄+4NH₃+2MgCl₂，故答案为：Mg₂Si+4NH₄Cl=SiH₄+4NH₃+2MgCl₂；（4）根据图（b）的一个结构单元中含有1个硅、2+2×$\frac{1}{2}$=3个氧原子，化学式为SiO₃^2-，其中Si原子的杂化形式是sp3，
故答案为：sp3；1：3；SiO₃^2-．

点评 本题以硅及其化合物为载体考查了晶胞的计算、等知识点，这些知识点都是考试热点，熟练掌握并灵活运用基础知识解答问题，易错点是（4）．