Question

8．倍半硅氧烷在液晶顯示、塑料阻燃、生物醫用等領域具有重要應用，氫基倍半硅氧烷的分子結構如圖A所示，其加熱分解產物中SiO₂的晶胞結構如圖B所示，回答下列問題：

（1）基態Si原子的最外層電子排布式為3s²3p²，其中成對電子之間的主要區別是自旋方向相反
（2）圖A分子中H的化合價為-1，Si原子采用sp³雜化，形成的極性共價鍵類型為σ鍵；鍵的極性Si-H鍵＜Si-O（填空“＞”、“＜”、“=”）
（3）圖A分子結構中，一個硅原子被3個八元環共有，硅的配位數為4，該分子的分子式為Si₈H₈O₁₂
（4）氫基倍半硅氧烷為分子晶體，SiO₂為原子晶體；
（5）每個SiO₂晶胞含有Si原子的個數為8；已知SiO₂晶體為面心立體結構，晶胞參為anm，阿伏加德羅常數的值為N_A，則SiO₂晶體的密度為$\frac{480}{{N}_{A}（a×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）根據原子核外電子排布規律分析；根據泡利原理成對電子自旋方向相反；
（2）根據分子的組成判斷形成的δ鍵數目以及孤電子對數目，以此判斷雜化類型；兩種元素非金屬性差距越大極性越大；
（3）A分子結構中Si原子位于頂點，被3個面所共有，每個面含有8個原子；A為分子結構式，所有原子均為一個分子共有；
（4）圖A所示為氫基倍半硅氧烷的分子結構，則氫基倍半硅氧烷形成分子晶體，SiO₂為原子晶體；
（5）SiO₂晶體為面心立體結構，根據晶胞的均攤法計算原子個數，根據晶胞中$ρ=\frac{m}{V}$計算．

解答 解：（1）硅原子核外有14個電子，根據核外電子排布規律知，每個電子層上最多排2n²個電子，但最外層不大于8個電子，s能級上最多排2個電子，p能級上最多排6個電子，所以硅原子的最外層電子排布式為3s²3p²；根據泡利原理成對電子自旋方向相反，
故答案為：3s²3p²；自旋方向相反；
（2）A分子中O原子顯-2價，則Si顯+4價，H顯-1價；Si原子與O原子、O原子形成4個共價鍵，即含有4個σ電子對，硅原子無孤對電子，所以Si原子采用的雜化類型為sp³雜化；兩種元素非金屬性差距越大極性越大，Si-O之間的非金屬性之差大于Si-H之間的非金屬性之差，所以Si-O鍵的極性強于Si-H鍵的極性，
故答案為：-1；sp³σ鍵；＜；
（3）A分子結構中Si原子位于頂點，被3個面所共有，每個面含有4個O原子和4個Si原子，共8個原子，硅的配位數為4；A為分子結構式，所有原子均為一個分子共有，分子中含有8個Si原子，8個H原子和12個O原子，故分子的分子式為Si₈H₈O₁₂，
故答案為：八；4；Si₈H₈O₁₂；
（4）圖A所示為氫基倍半硅氧烷的分子結構，所以則氫基倍半硅氧烷形成的晶體類型為分子晶體，而SiO₂為原子晶體，
故答案為：分子；原子；
（5）SiO₂晶體為面心立體結構，每個SiO₂晶胞含有Si原子的個數為8×$\frac{1}{8}+6×\frac{1}{6}+4$=8，一個晶胞含有8個“SiO₂”結構，所以一個晶胞的質量為$\frac{60×8}{{N}_{A}}$=$\frac{480}{{N}_{A}}$，晶胞邊長為anm，故SiO₂晶體的密度$ρ=\frac{m}{V}=\frac{480}{{N}_{A}（a×1{0}^{-7}）^{3}}$．故答案為：8；$\frac{480}{{N}_{A}（a×1{0}^{-7}）^{3}}$．

點評 本題考查了晶胞的計算、原子軌道雜化方式及雜化類型判斷以及原子核外電子排布等知識點，綜合性較強，難度中等．