Question

19．硅是重要的半導體材料，構成了現代電子工業的基礎．回答下列問題．
（1）單質硅可通過甲硅烷（SiH₄）分解反應來制備．工業上采用Mg₂Si和NH₄Cl在液氨介質中反應制得SiH₄，該反應的化學方程式為Mg₂Si+4NH₄Cl═SiH₄+4NH₃+2MgCl₂．
（2）碳和硅的有關化學鍵鍵能如下所示，簡要分析和解釋下列有關事實：

化學鍵	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，但硅烷在種類和數量上都遠不如烷烴多，原因是C-C鍵和C-H鍵較強，所形成的烷烴穩定．而硅烷中Si-Si鍵和Si-H鍵的鍵能較低，易斷裂，導致長鏈硅烷難以生成．
②SiH₄的穩定性小于CH₄，更易生成氧化物，原因是C-H鍵的鍵能大于C-O鍵，C-H鍵比C-O鍵穩定．而Si-H鍵的鍵能卻遠小于Si-O鍵，所以Si-H鍵不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si-O鍵．
（3）在硅酸鹽中，SiO${\;}_{4}^{4-}$四面體[如圖（a）]通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網狀四大類結構型式．圖（b）為一種無限長單鏈結構的多硅酸根，其中Si與O的原子數之比為1：3．

Answer 1

分析 （1）Mg₂Si和NH₄Cl在液氨介質中反應制得SiH₄、NH₃和MgCl₂；
（2）①烷烴中的C-C鍵和C-H鍵大于硅烷中的Si-Si鍵和Si-H鍵的鍵能；
②鍵能越大、物質就越穩定，C-H鍵的鍵能大于C-O鍵，故C-H鍵比C-O鍵穩定，而Si-H鍵的鍵能遠小于Si-O鍵，所以Si-H鍵不穩定而傾向與形成穩定性更強的Si-O鍵；
（3）根據圖（b）的一個結構單元中含有1個硅、3個氧原子，化學式為SiO₃^2-．

解答 （1）Mg₂Si和NH₄Cl在液氨介質中反應制得SiH₄、NH₃和MgCl₂，方程式為：Mg₂Si+4NH₄Cl=SiH₄+4NH₃+2MgCl₂，故答案為：Mg₂Si+4NH₄Cl=SiH₄+4NH₃+2MgCl₂；
（2）①烷烴中的C-C鍵和C-H鍵大于硅烷中的Si-Si鍵和Si-H鍵的鍵能，所以硅烷中Si-Si鍵和Si-H鍵的鍵能易斷裂，導致長鏈硅烷難以生成，
故答案為：C-C鍵和C-H鍵較強，所形成的烷烴穩定．而硅烷中Si-Si鍵和Si-H鍵的鍵能較低，易斷裂，導致長鏈硅烷難以生成；
②鍵能越大、物質就越穩定，C-H鍵的鍵能大于C-O鍵，故C-H鍵比C-O鍵穩定，而Si-H鍵的鍵能遠小于Si-O鍵，所以Si-H鍵不穩定而傾向與形成穩定性更強的Si-O鍵；
故答案為：C-H鍵的鍵能大于C-O鍵，C-H鍵比C-O鍵穩定．而Si-H鍵的鍵能卻遠小于Si-O鍵，所以Si-H鍵不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si-O鍵；
（3）根據圖（b）的一個結構單元中含有1個硅、2+2×$\frac{1}{2}$=3個氧原子，化學式為SiO₃^2-，
故答案為：1：3．

點評 本題主要考查了晶體結構、計算，化學方程式的書寫，化學鍵等知識，難度中等．