Question

5．C和Si元素在化學中占有極其重要的地位：
（1）寫出Si的基態原子核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p²．從電負性角度分析，C、Si和O元素的非金屬活潑性由強至弱的順序為O＞C＞Si．
（2）CO₂分子的空間構型為直線形，中心原子的雜化方式為sp，和CO₂ 互為等電子體的氧化物是N₂O．
（3）C、Si為同一主族的元素，CO₂和SiO₂化學式相似，但結構和性質有很大不同．CO₂中C與O原子間原子間形成σ鍵和π鍵，SiO₂中Si與O原子間不形成上述π鍵．從原子半徑大小的角度分析，為何C、O原子間能形成，而Si、O原子間不能形成上述π鍵．Si原子比C原子半徑大，Si、O原子間距離較大，P-P軌道肩并肩重疊程度較小，不能形成上述穩定的π鍵
（4）金剛砂（SiC）的硬度為9.5，其晶胞結構如圖所示；則金剛砂晶體類型為原子晶體，在SiC中，每個C原子周圍最近的C原子數目為12，若晶胞的邊長為a pm，則金剛砂的密度為$\frac{1.6×10{\;}^{32}}{N{\;}_{A}}$．

Answer 1

分析 （1）Si原子核外共14個電子，按照能量最低原則書寫電子排布式；元素周期表中主族元素越靠右、越靠上電負性越大，F的電負性最大（為4.0）；
（2）CO₂分子為直線形結構，可知碳原子采取sp雜化方式，原子數目相等、價電子總數也相等的微粒互為等電子體；
（3）Si原子比C原子半徑大，Si、O原子間距離較大；
（4）根據原子晶體的硬度大；每個碳原子連接4個硅原子，每個硅原子又連接其它3個碳原子，據此判斷每個C原子周圍最近的C原子數目；該晶胞中C原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子個數為4，根據ρ=$\frac{m}{V}$計算其密度．

解答 解：（1）Si是14號元素，Si原子核外共14個電子，按照能量最低原則電子先填入能量最低的1s軌道，填滿后再依次填入能量較高的軌道；其電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p²；從電負性的角度分析，O和C位于同一周期，非金屬性O強于C；C和Si為與同一主族，C的非金屬性強于Si，故由強到弱為O＞C＞Si，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p²； O＞C＞Si；
（2）CO₂分子為直線形結構，可知碳原子采取sp雜化方式，原子數目相等、價電子總數也相等的微粒互為等電子體，和CO₂ 互為等電子體的氧化物是N₂O，
故答案為：直線形；sp；N₂O；
（3）CO₂中C與O原子間形成σ鍵和π鍵，SiO₂中Si與O原子間不形成上述π鍵，是因Si原子比C原子半徑大，Si、O原子間距離較大，P-P軌道肩并肩重疊程度較小，不能形成上述穩定的π鍵，故答案為：Si原子比C原子半徑大，Si、O原子間距離較大，P-P軌道肩并肩重疊程度較小，不能形成上述穩定的π鍵；
（4）金剛砂（SiC）的硬度為9.5，屬于原子晶體；每個碳原子連接4個硅原子，每個硅原子又連接其它3個碳原子，所以每個碳原子周圍最近的碳原子數目為3×4=12；該晶胞中C原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子個數為4，晶胞邊長=a×10^-10cm，體積V=（a×10^-10cm）³，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{40×4}{N{\;}_{A}}}{（a×10{\;}^{-10}）^{3}}$g•cm³=$\frac{1.6×10{\;}^{32}}{N{\;}_{A}}$g•cm³；
故答案為：原子晶體；12；$\frac{1.6×10{\;}^{32}}{N{\;}_{A}}$．

點評 本題考查位置結構性質的相互關系應用，為高頻考點和常見題型，側重于學生的分析能力的考查，涉及晶胞計算、原子雜化判斷、原子核外電子排布式的書寫等知識點，難點是晶胞計算，題目難度中等，正確推斷元素的種類為解答該題的關鍵，注意原子結構和元素周期表的關系．