Question

9．2014年12月6日中國經濟網報道，日本東京大學科學家確定了兩種新發現的具有高度活性的硅化物SiC₂N和SiC₃N分子，這項研究將有助于天文學家在星際介質中尋找相關分子．回答下列問題：
（1）基態Si原子的核外電子層排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p²，未成對的電子數為2．
（2）1990年化學家Seidel提出了目前最具說服力的電化學模型：Si與OH^-反應生成SiO₄^4-，SiO4^4-迅速水解為H₄SiO₄，SiO₄^4-的空間構型為正四面體，SiO₄^4-中Si原子的雜化方式為sp³．
（3）查閱文獻知單質硅的熔點1410℃，SiCl₄的熔點-68℃，可推測出單質硅的晶體類型為原子晶體，SiCl₄的晶體類型為分子晶體，與SiCl₄互為等電子體的一種分子為CCl₄．
（4）若某種星際分子的結構式為N≡Si-C≡C-Si≡N，則該分子中σ鍵和π鍵數目之比為5：6．
（5）如圖是單質硅的晶胞示意圖，其晶胞參數a=0.543nm，1mol單質硅含有2mol Si-Si鍵，硅晶體的密度為$\frac{224}{（5.43×1{0}^{-6}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（不必計算出結果）．

Answer 1

分析 （1）Si原子核外有14個電子，根據構造原理書寫其核外電子排布式；Si原子3p能級上電子未成對；
（2）根據價層電子對互斥理論確定該微粒空間構型及Si原子雜化方式，該微粒中Si原子價層電子對個數是4且不含孤電子對；
（3）原子晶體熔沸點較高、分子晶體熔沸點較低；原子個數相等、價電子數相等的微粒互為等電子體；
（4）共價單鍵只含σ鍵、共價三鍵中含有一個σ鍵、兩個π鍵；
（5）該晶胞中Si原子個數=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，每個Si原子含有Si-Si鍵個數=4×$\frac{1}{2}$=2，該晶胞中棱長為0.543nm=5.43×10^-6cm，晶胞體積=（5.43×10^-6cm）³，密度=$\frac{m}{V}$．

解答 解：（1）Si原子核外有14個電子，根據構造原理書寫其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p²；Si原子3p能級上電子未成對，有兩個未成對電子，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p²；2；
（2）該微粒中Si原子價層電子對個數是4且不含孤電子對，所以其空間構型為正四面體結構，Si原子采用sp³雜化，
故答案為：正四面體；sp³；
（3）原子晶體熔沸點較高、分子晶體熔沸點較低，根據晶體熔沸點知，Si屬于原子晶體、SiCl₄的晶體類型為分子晶體；原子個數相等、價電子數相等的微粒互為等電子體，SiCl₄互為等電子體的一種分子CCl₄，故答案為：原子晶體；分子晶體；CCl₄；
（4）共價單鍵只含σ鍵、共價三鍵中含有一個σ鍵、兩個π鍵，N≡Si-C≡C-Si≡N中σ鍵、π鍵個數分別是5、6，所以二者之比為5：6，故答案為：5：6；
（5）該晶胞中Si原子個數=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，每個Si原子含有Si-Si鍵個數=4×$\frac{1}{2}$=2，所以1mol硅中Si-Si鍵為2mol；
該晶胞中棱長為0.543nm=5.43×10^-6cm，晶胞體積=（5.43×10^-6cm）³，密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{28}{{N}_{A}}×8}{V}$=$\frac{224}{（5.43×1{0}^{-6}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：$\frac{224}{（5.43×1{0}^{-6}）^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題考查較綜合，涉及晶胞計算、原子雜化、微粒空間構型判斷、核外電子排布等知識點，這些都是高頻考點，知道構造原理、價層電子對互斥理論等知識點即可解答，難點是（5）的計算，注意單位換算，為易錯點．