Question

18．硅與金剛砂（SiC）是兩種重要的工業(yè)產品，它們都可由二氧化硅與碳反應制得，反應關系如圖1所示：

（1）基態(tài)硅原子核外未成對的電子數(shù)為2；Si與C相比，第一電離能較小的是Si（填元素符號）．
（2）由SiO₂生成SiC的化學方程式是SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO↑．
（3）粗硅提純過程中往往會生成四氯化硅（SiCl₄），該物質在常溫常壓下為無色液體，其中Si原子的雜化軌道類型是sp³，Cl-Si-Cl鍵的鍵角為109°28′．
（4）SiC晶體與晶體硅（結構如圖甲所示）的結構相似，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6個原子，SiC與晶體硅相比，SiC熔點較高．原因是二者均為原子晶體，結構和組成類似，Si-Si鍵鍵長大于Si-C鍵鍵長，故Si-Si鍵鍵能小，導致晶體硅的熔點低于碳化硅．
（5）SiC晶胞如圖乙所示，Si-C鍵的鍵能為a kJ•mol^-1，理論上分解1mol SiC形成氣態(tài)的原子所需要的能量為4akJ（用含a的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)核外電子排布規(guī)則判斷，同主族從上到下第一電離能逐漸減小；
（2）依據(jù)圖示可知X為CO，SiO₂和焦炭反應生成碳化硅和CO；
（3）根據(jù)四氯化硅中Si原子的價層電子對數(shù)判斷雜化類型和鍵角；
（4）晶體硅中最小的為六元環(huán)，含有6個原子，SiC與硅晶體相似，因此也含有6個原子；原子晶體熔沸點的高低取決于共價鍵的穩(wěn)定性；
（5）依據(jù)晶胞計算方法計算即可．

解答 解：（1）基態(tài)Si原子電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p²，則基態(tài)硅原子核外未成對的電子數(shù)為2，同主族自下而上第一電離能逐漸減小，因此第一電離能：C＞Si，
故答案為：2；Si；
（2）SiO₂和焦炭反應生成碳化硅和CO，化學方程式為：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO；
故答案為：SiO₂+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiC+2CO；
（3）SiCl₄中Si原子的價層電子對數(shù)為4+$\frac{1}{2}$（4-4×1）=4，沒有孤電子對，硅原子采用sp³雜化，為正四面體結構，故Cl-Si-Cl鍵的鍵角為109°28′；
故答案為：sp³；109°28′；
（4）晶體硅中最小的為六元環(huán)，含有6個原子，SiC與硅晶體相似，因此也含有6個原子，兩者都是原子晶體，結構和組成相似，Si-Si鍵長大于Si-C鍵長，Si-Si鍵能小，晶體硅的熔沸點低于碳化硅，
故答案為：6；二者均為原子晶體，結構和組成類似，Si-Si鍵鍵長大于Si-C鍵鍵長，故Si-Si鍵鍵能小，導致晶體硅的熔點低于碳化硅；
（5）SiC中，C位于頂點和面心，故C為：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si位于晶胞的中心，故Si為4，那么該晶胞即為Si₄C₄，即l mol SiC中含有4mol共價鍵，故分解l mol SiC形成氣態(tài)原子所需要的能量為4akJ，
故答案為：4a．

點評 本題考查化學方程式的書寫和電子排布規(guī)律、第一電離能、化學鍵、雜化類型、分子結構和空間構型、晶胞計算等知識，綜合性強，為物質結構常規(guī)考題形式，題目難度中等．