Question

12．硅是重要的半導體材料，構成現代電子工業(yè)的基礎．硅及其化合物在工業(yè)中應用廣泛，在國防和航天工業(yè)中亦有許多用途．
（1）硅原子中最外層電子排布式為2s²2p²，該層電子的電子云有3種不同的伸展方向．
（2）溫石棉礦是一種硅酸鹽類礦物，化學式寫作氧化物形式為6MgO•4SiO₂•4H₂O，其中原子半徑最大的元素在周期表中的位置是第三周期第IIA族．SiO₂存在與金剛石結構類似的晶體，其中硅氧原子之間以b相結合．
a．離子鍵    b．極性鍵    c．非極性鍵    d．范德華力
（3）甲硅烷（SiH₄）是一種無色的液體，遇到空氣能爆炸性自燃，生成二氧化硅固體和水．在室溫下，10g SiH₄自燃放出熱量446kJ，請寫出其燃燒的熱化學方程式：SiH₄（l）+2O₂（g）=SiO₂（S）+2H₂O（l）+1427.2 kJ；
（4）SiH₄的熱穩(wěn)定性不如CH₄，其原因是非金屬性C＞Si，它們的氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性CH₄＞SiH₄．工業(yè)上硅鐵可以用于冶鎂．以煅白（CaO•MgO）為原料與硅鐵（含硅75%的硅鐵合金）混合，置于密閉設備中于1200℃發(fā)生反應：
2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄ （l）+2Mg（g）
（5）常溫下鎂的還原性強于硅．上述方法能夠獲得鎂的原因是：1200℃時反應生成的鎂以蒸氣的形式逸出，使平衡向正反應方向移動．
（6）若上述反應在容積為a L的密閉容器中發(fā)生，一定能說明反應已達平衡的是bc（選填編號）．
a．反應物不再轉化為生成物
b．爐內Ca₂SiO₄與CaO•MgO的質量比保持不變
c．反應放出的總熱量不再改變
d．單位時間內，n（CaO•MgO）_消耗：n（Ca₂SiO₄）_生成=2：1
若b g煅白經t min反應后轉化率達70%，該時段內Mg的生成速率是$\frac{0.7b}{96at}$mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）Si原子序數為14，最外層3個電子層，最外層電子數為4；該原子中含有3個s軌道、6個p軌道，共有3種伸展方向；
（2）二氧化硅晶體和金剛石晶體類似都屬于原子晶體，硅氧原子之間以共價鍵結合，不同原子之間是極性鍵；
（3）根據甲硅烷的質量計算1mol甲硅烷燃燒放出的熱量，結合化學方程式書寫熱化學方程式．注意物質的聚集狀態(tài)和反應熱的單位等問題；
（4）根據元素周期律知識：同主族從上到下，氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱來回答；
（5）根據化學平衡移動原理來回答；
（6）根據化學平衡狀態(tài)的特征分析，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、質量、體積分數以及百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化；一定條件下若反應達到最大限度，說明達到了平衡狀態(tài)；根據v=$\frac{△c}{△t}$來計算化學反應速率．

解答 解（1）Si原子序數為14，最外層3個電子層，最外層電子數為4，故最外層電子排布式為：2s²2p²；該原子中含有3個s軌道、6個p軌道，s能級電子云的形狀為球形，無伸展方向，p層共有3種伸展方向，故答案為：2s²2p²；3；
（2）二氧化硅晶體和金剛石晶體類似都屬于原子晶體，硅氧原子之間以極性共價鍵結合，故答案為：b；
（3）n（SiH₄）=$\frac{10g}{32g/mol}$=$\frac{10}{32}$mol，則1molSiH₄燃燒放出的熱量為：446kJ×$\frac{32}{10}$=1427.2kJ，反應的化學方程式為：SiH₄+O₂=SiO₂+2H₂O，則熱化學方程式為：SiH₄（g）+O₂（g）=SiO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1427.2kJ/mol，故答案為：SiH₄（g）+O₂（g）=SiO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1427.2kJ/mol；
（4）根據元素周期律，非金屬性C＞Si，則它們的氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性CH₄＞SiH₄，故答案為：非金屬性C＞Si，它們的氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性CH₄＞SiH₄；
（5）1200℃時發(fā)生反應為2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄ （l）+2Mg（g），此時鎂以蒸氣的形式逸出，使平衡向正反應方向移動，使得化學反應能發(fā)生，
故答案為：1200℃時反應生成的鎂以蒸氣的形式逸出，使平衡向正反應方向移動；
（6）a．化學平衡是動態(tài)平衡，反應物不再轉化為生成物，則是證明反應結束的，故錯誤；
b．爐內Ca₂SiO₄與CaO•MgO的質量比保持不變，達到了平衡，故正確；
c．反應放出的熱量不再改變，證明正逆反應速率是相等的，各個組分的濃度不隨時間的變化而改變，故正確；
d．單位時間內，n（CaO•MgO）_消耗：n（Ca₂SiO₄）_生成=2：1，不能證明正逆反應速率相等，故錯誤，
Mg的生成速率v=$\frac{\frac{96}×70%}{at}$$\frac{0.7b}{96at}$=mol/（L•min），
故答案為：bc；$\frac{0.7b}{96at}$mol/（L•min）．

點評 本題目綜合考查學學生物質的結構和化學鍵、化學反應速率的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷以及元素周期律知識，是一道知識的靈活應用題目，注意能力的培養(yǎng)是關鍵，難度大．