Question

（15分）氮化硅是一種重要的結構陶瓷材料，硬度大、耐磨損。利用SiO₂和C的混合粉末在N₂的氣氛中加熱至1300℃反應制得。請回答下列問題：
（1）已知氮化硅的晶體結構中，原子間都以單鍵相連，且N原子和N原子，Si原子與Si原子不直接相連，同時每個原子都滿足8電子穩(wěn)定結構，則氮化硅的化學式____，晶體類型是   ；
（2）基態(tài)Si原子的電子排布式為_________；Si和C相比，電負性較大的是_________，
（3）在SiO₂晶體結構中，O－Si－O的鍵角是_______，Si原子和周圍的四個O原子組成的空間構型為           ，SiO₂中Si的雜化類型_______；
（4）氮化硅抗腐蝕能力強，一般不與其他無機酸反應，但能和氫氟酸反應生成硅酸。試寫出該反應的化學方程式                            。
（5）晶體硅的晶胞如圖所示，則每個晶體硅的晶胞中含有     個硅原子。

Answer 1

(1) Si₃N₄ （2分）原子晶體（1分） (2) 1s²2s²2p⁶3s²2p²  （2分） C （1分）
(3) 109°28′（1分）     正四面體（2分）sp³（2分）          
(4) Si₃N₄+4HF+9H₂O＝3H₂SiO₃↓+4NH₄F（2分）     (5)  8（2分）

（1）每個原子都滿足8電子穩(wěn)定結構，所以其化合價分別是＋4價和－3價，因此化學式為Si₃N₄。由于晶體中的微粒是原子，所以形成的晶體是原子晶體。
（2）根據(jù)構造原理可知，基態(tài)Si原子的電子排布式為 1s²2s²2p⁶3s²2p² 。非金屬性越強，電負性越大，所以碳的電負性大于硅的。
（3）由于在SiO₂晶體結構中，Si原子和周圍的四個O原子相鄰，所以構成的應是正四面體，采用的是sp3雜化，O－Si－O的鍵角是 109°28′。
（4）能和氫氟酸反應生成硅酸，則根據(jù)原子守恒可知，另外一種生成物是NH₄F，所以方程式為Si₃N₄+4HF+9H₂O＝3H₂SiO₃↓+4NH₄F。
（5）根據(jù)晶體硅的晶胞結構可知，8個頂點有8個硅原子，6個面心處有6個硅原子，晶胞內(nèi)部還有4個硅原子，所以共計是8×1/8＋6×1/2＋4＝8個。