Question

13．氮化硅是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有優(yōu)良性能．
（1）基態(tài)氮原子的電子排布式為1s²2s²2p³，基態(tài)硅原子未成對電子數(shù)是3，碳、氮、硅的電負性由大到小的順序是N＞C＞Si．
（2）碳熱還原法制氮化硅是在氮氣中用碳還SiO₂，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：6C+2N₂+3SiO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si₃N₄+6CO．氮化硅一般不與酸反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)，寫出氮化硅與過 量氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Si₃N₄+16HF=3SiF₄+4NH₄F．
（3）三氯化硅烷（SiHCl₃）也可用于制備氮化硅，三氯硅烷分子的空間構(gòu)型為四面體形，其分子中硅原子的雜化軌道類型為sp³雜化．
（4）氮化硅與碳化硅、氮化硼等作用可產(chǎn)生結(jié)合材料，改善性能．氮化硅、碳化硅的化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定，其原因是晶體中原子之間形成共價鍵，鍵能大，鍵牢固．
（5）碳化硅立方晶系晶胞如圖所示，C-Si-C鍵的夾角是109°28′，其晶體類型是原子晶體，若立方晶系的碳化硅密度為ρg•cm^-3，N_A表示阿伏加德羅常數(shù)的值，則晶胞的棱長為$\root{3}{\frac{160}{ρ{N}_{A}}}$．

Answer 1

分析 （1）N原子核外電子數(shù)為7，由能量最低原理可知核外電子排布式為1s²2s²2p³；同周期自左而右電負性增大，同主族自上而下電負性減小；
（2）碳熱還原法制氮化硅是在氮氣中用碳還SiO₂，反應(yīng)生成Si₃N₄、CO，氮化硅一般不與酸反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)，反應(yīng)生成SiF₄與NH₄F；
（3）三氯化硅烷（SiHCl₃）分子中Si原子形成4個σ鍵，沒有孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4；
（4）氮化硅、碳化硅晶體中原子之間形成共價鍵，鍵能大；
（5）碳化硅立方晶系晶胞中，體內(nèi)Si原子與周圍的4個C原子形成正四面體結(jié)構(gòu)；原子之間形成共價鍵，向空間延伸的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體；根據(jù)均攤法計算晶胞中Si、C原子數(shù)目，用阿伏伽德羅常數(shù)表示出晶胞質(zhì)量，再結(jié)合m=ρV計算晶胞體積，而晶胞棱長=$\root{3}{{V}_{晶胞}}$．

解答 解：（1）N原子核外電子數(shù)為7，由能量最低原理可知核外電子排布式為1s²2s²2p³，2p能級3個電子分別占據(jù)1個軌道，單電子數(shù)目為3，同周期自左而右電負性增大，同主族自上而下電負性減小，故電負性N＞C＞Si，
故答案為：1s²2s²2p³；3；N＞C＞Si；
（2）碳熱還原法制氮化硅是在氮氣中用碳還SiO₂，反應(yīng)生成Si₃N₄、CO，化學(xué)方程式為：6C+2N₂+3SiO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si₃N₄+6CO，氮化硅一般不與酸反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)，反應(yīng)生成SiF₄與NH₄F，反應(yīng)方程式為：Si₃N₄+16HF=3SiF₄+4NH₄F，
故答案為：6C+2N₂+3SiO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Si₃N₄+6CO；Si₃N₄+16HF=3SiF₄+4NH₄F；
（3）三氯化硅烷（SiHCl₃）分子中Si原子形成4個σ鍵，沒有孤對電子，三氯硅烷分子的空間構(gòu)型為四面體形，雜化軌道數(shù)目為4，Si原子采取sp³雜化，
故答案為：四面體形；sp³雜化；
（4）氮化硅、碳化硅晶體中原子之間形成共價鍵，鍵能大，鍵牢固，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，
故答案為：晶體中原子之間形成共價鍵，鍵能大，鍵牢固；
（5）碳化硅立方晶系晶胞中，體內(nèi)Si原子與周圍的4個C原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，C-Si-C鍵的夾角是109°28′；原子之間形成共價鍵，向空間延伸的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體；
晶胞中Si原子數(shù)目為4、C原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則晶胞質(zhì)量為$\frac{4×（28+12）}{{N}_{A}}$g，化硅密度為ρg•cm^-3，則晶胞棱長=$\root{3}{\frac{\frac{4×（28+12）}{{N}_{A}}}{ρg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{160}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案為：109°28′；原子晶體；$\root{3}{\frac{160}{ρ{N}_{A}}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電負性、雜化方式與空間構(gòu)型判斷、晶胞計算等，掌握均攤法進行晶胞有關(guān)計算，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握．