Question

【化學(xué)--選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)】
硅與金剛砂（SiC）是兩種重要的工業(yè)產(chǎn)品，它們都可由二氧化硅與碳反應(yīng)制得．

（1）由SiO₂生成SiC的化學(xué)方程式是

 

． 氮化硅（Si₃N₄）也是一種高硬度高沸點(diǎn)的物質(zhì)，其制備方法是在H₂的保護(hù)下，使SiCl₄與N₂反應(yīng)沉積在石墨表面，形成一層致密的氮化硅層，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（2）基態(tài)Si原子的價(jià)電子排布圖為

 

；Si與C相比，電負(fù)性較大的是

 

（填元素符號）．
（3）從原子軌道重疊的角度，X分子中含有的化學(xué)鍵是

 

，X可與氧氣反應(yīng)生成Y，Y分子的中心原子雜化軌道類型是

 

，鍵角是

 

．SiO₂與HF溶液反應(yīng)可以生成一種氣態(tài)物質(zhì)，該物質(zhì)的立體構(gòu)型為

 

．
（4）SiC的一種晶體與晶體硅的結(jié)構(gòu)相似，其中C原子和Si原子的位置是交替的，在SiC中最小的環(huán)上有

 

個(gè)原子，SiC與晶體硅相比，

 

熔點(diǎn)較高，原因是

 

．
（5）生鐵中存在著碳鐵化合物．若鐵晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖，鐵的密度是dg/cm³，則鐵原子的半徑是

 

cm．（只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A）．

Answer 1

考點(diǎn)：晶體的類型與物質(zhì)熔點(diǎn)、硬度、導(dǎo)電性等的關(guān)系,原子核外電子排布,元素電離能、電負(fù)性的含義及應(yīng)用,化學(xué)鍵,晶胞的計(jì)算,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：原子組成與結(jié)構(gòu)專題,化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）SiO₂和焦炭反應(yīng)生成碳化硅和CO，依據(jù)原子守恒可確定另外一種生成物為HCl；
（2）根據(jù)核外電子排布規(guī)則可知Si的價(jià)電子排布式，然后書寫電子排布圖，同主族自下而上電負(fù)性逐漸增大；
（3）CO含有的化學(xué)鍵為極性共價(jià)鍵，二氧化碳為直線型結(jié)構(gòu)，C采用sp雜化，180°，SiF4中心原子Si的價(jià)電子對數(shù)為4，因此為正四面體結(jié)構(gòu)；
（4）晶體硅中最小的為六元環(huán)，含有6個(gè)原子，SiC與硅晶體相似，因此也含有6個(gè)原子；原子晶體熔沸點(diǎn)的高低取決于共價(jià)鍵的穩(wěn)定性；
（5）求出一個(gè)晶胞含有的鐵原子數(shù)目和質(zhì)量，帶入密度公式計(jì)算．

解答： 解：（1）SiO₂和焦炭反應(yīng)生成碳化硅和CO，化學(xué)方程式為：SiO₂+2C═SiC+2CO；依據(jù)原子守恒可確定另外一種生成物為HCl，在H₂的保護(hù)下，使SiCl₄與N₂反應(yīng)生成氮化硅的化學(xué)方程式為：3SiCl₄+2N₂+6H₂=Si₃N₄+12HCl，
故答案為：SiO₂+2C═SiC+2CO；3SiCl₄+2N₂+6H₂=Si₃N₄+12HCl；
（2）基態(tài)Si原子的價(jià)電子排布式為3s²3p²，基態(tài)Si原子的價(jià)電子排布圖為，同主族自下而上電負(fù)性逐漸增大，因此電負(fù)性：C＞Si，
故答案為：；C；
（3）CO含有的化學(xué)鍵為極性共價(jià)鍵，二氧化碳為直線型結(jié)構(gòu)，C采用sp雜化，180°，SiF4中心原子Si的價(jià)電子對數(shù)為4，因此為空間構(gòu)型為正四面體結(jié)構(gòu)，
故答案為：極性共價(jià)鍵；sp；180°；正四面體；
（4）晶體硅中最小的為六元環(huán)，含有6個(gè)原子，SiC與硅晶體相似，因此也含有6個(gè)原子，兩者都是原子晶體，結(jié)構(gòu)和組成相似，Si-Si鍵長大于Si-C鍵長，Si-Si鍵能小，晶體硅的熔沸點(diǎn)低于碳化硅，

故答案為：6；SiC；兩者都是原子晶體，結(jié)構(gòu)和組成相似，Si-Si鍵長大于Si-C鍵長，Si-Si鍵能小，晶體硅的熔沸點(diǎn)低于碳化硅；
（5）一個(gè)晶胞中含有的鐵原子數(shù)目為：8×

1

8

+1×1=2，質(zhì)量為

56×2

N A

g，由密度公式可知晶胞的體積V=

112

d?NA

cm³，晶胞的邊長為：

3	112 d?NA

，因此鐵原子的半徑=

3

4

×

3	112 d?NA

cm=

3

4

3	112 d?NA

cm，
故答案為：

3

4

3	112 d?NA

．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)方程式的書寫和物質(zhì)結(jié)構(gòu)中電子排布圖、電負(fù)性、化學(xué)鍵、雜化類型、分子結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)型、晶胞計(jì)算等知識，綜合性強(qiáng)，為物質(zhì)結(jié)構(gòu)常規(guī)考題形式，計(jì)算難度較大．