Question

【題目】鈾是原子反應(yīng)堆的原料，常見鈾的化合物有UF4、UO2、及(NH4)4[UO2(CO3)3]等，回答下列問題：

（1）基態(tài)氟原子的價(jià)電子排布圖為________________；用Mg或Ca還原UF4可得金屬鈾，其氧化產(chǎn)物MgF2的熔點(diǎn)高于CaF2，原因是_______________________________；

（2）已知：2UO2+5NH4HF22UF4·2NH4F+3NH3↑+4H2O↑

①NH4HF2中存在的微粒間的作用力是__________（填選項(xiàng)字母）。

A.離子鍵 B.配位鍵 C.共價(jià)鍵 D.范德華力

②該反應(yīng)中非金屬元素的第一電離能由大到小的順序是__________（填元素符號(hào)）。

（3）已知：3(NH4)4[UO2(CO3)3] 3UO2+10NH3↑+9CO2↑+ N2↑+ 9H2O↑

①分解產(chǎn)物中屬于非極性分子的是_________（填選項(xiàng)字母）。

A.NH3 B.CO2 C.N2 D.H2O

②反應(yīng)物中的CO32-的空間構(gòu)型為_____________。分子中的大鍵可用符號(hào)表示，其中m代表參與形成大鍵的原子數(shù)，n代表參與形成大鍵的電子數(shù)（如苯分子中的大鍵可表示為），則CO32-中的大鍵應(yīng)表示為______________。

③HN3（氫疊氮酸）常用于引爆劑，其分子的結(jié)構(gòu)式可表示為：。則左邊氮原子和中間氮原子的雜化方式分別為______________、_______________。

（4）UO2的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示：

①晶胞中鈾原子位于面心和頂點(diǎn)，氧原子填充在鈾原子堆積形成的空隙中。則氧原子填充在鈾原子形成的___________空隙中。（填“立方體”、“四面體”、“八面體”）

②若兩個(gè)氧原子間的最短距離為a nm，則UO2晶體的密度為___________g·cm-3（列出計(jì)算式即可，設(shè)NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值）。

Answer 1

【答案】 CaF2和MgF2均為離子晶體，Mg2+半徑小于Ca2+半徑，MgF2的晶格能大于CaF2，故MgF2熔點(diǎn)比較高 ABC F>N>O>H BC 平面三角形 sp2 sp 四面體 (4×270)/(NA× 8a3×10-21)

【解析】（1）F原子的價(jià)電子為2s22p5，所以其價(jià)電子排布圖為。MgF2和CaF2都是離子化合物，離子化合物的熔點(diǎn)高低取決于晶格能的大小，一般來說離子的半徑越小，離子所帶的電荷越高，晶格能越大，所以MgF2的熔點(diǎn)高于CaF2的原因是：CaF2和MgF2均為離子晶體，Mg2+半徑小于Ca2+半徑（離子的電荷都相同），MgF2的晶格能大于CaF2，故MgF2熔點(diǎn)比較高。

（2）①NH4HF2是一種銨鹽，屬于離子化合物，存在離子鍵；銨根離子內(nèi)部存在N和H之間的共價(jià)鍵，同時(shí)存在一個(gè)N→H的配位鍵。所以答案為ABC。

②同周期元素從左向右第一電離能逐漸增大，因?yàn)?/span>N的p能級(jí)是半滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以其第一電離能高于O，因此第一電離能的順序?yàn)椋?/span>F>N>O>H。

（3）①氨氣分子空間構(gòu)型是三角錐形，水分子是折線形，兩者都是極性分子。二氧化碳分子是直線形分子所以二氧化碳是非極性分子，N2明顯是非極性分子，選項(xiàng)BC正確。

②根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，碳酸根離子的中心C原子的價(jià)電子對(duì)為3+(4+2-2×3)=3對(duì)，所以該離子的空間構(gòu)型為平面三角形。碳酸根離子一共有4個(gè)原子，所以m=4。中心C原子做sp2雜化，剩余一個(gè)價(jià)電子；周圍的O原子的2p能級(jí)上有兩個(gè)單電子，其中一個(gè)單電子用來和中心C原子成σ鍵，剩余的一個(gè)單電子用來形成大鍵，所以三個(gè)氧原子一共提供3個(gè)電子；最后加上兩個(gè)單位負(fù)電荷所對(duì)應(yīng)的電子；所以成大鍵的電子一共為6個(gè)，即n=6。所以該大鍵的表示為。

③根據(jù)圖示的結(jié)構(gòu)，第一個(gè)氮原子成鍵（H-N-N）的角度約為120°，所以第一個(gè)N的雜化應(yīng)該是sp2雜化。中間氮原子，因?yàn)橐�和兩邊氮原子成直線，且要形成雙鍵和三鍵，所以中間氮原子為sp雜化。

（4）①從圖中得到氧原子填充在立方體晶胞分割出來的八個(gè)小立方體的體心位置，這個(gè)晶胞的結(jié)構(gòu)與CaF2類似，所以氧原子填充四面體空隙。

②由晶胞圖得到，兩個(gè)氧原子之間的距離為晶胞邊長的一半，所以晶胞邊長為2a nm，即2a×10-7 cm，所以晶胞體積為(2a×10-7)3 = 8a3×10-21cm3。該晶胞中含有的U原子為8 + 6× = 4個(gè)；含有的O原子為8個(gè)，所以一個(gè)晶胞中有4個(gè)UO2，其質(zhì)量為 g。所以晶體的密度為(4×270)/(NA× 8a3×10-21)。