Question

【題目】鈾是原子反應堆的原料，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)氟原子的價電子排布圖為________________；用Mg或Ca還原UF4可得金屬鈾，其氧化產物MgF2的熔點高于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__________（填選項字母）。

A.離子鍵 B.配位鍵 C.共價鍵 D.范德華力

②該反應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）。

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

①分解產物中屬于非極性分子的是_________（填選項字母）。

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

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

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

（4）UO2的晶胞結構如圖所示：

①晶胞中鈾原子位于面心和頂點，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（列出計算式即可，設NA表示阿伏加德羅常數的值）。

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原子的價電子為2s22p5，所以其價電子排布圖為。MgF2和CaF2都是離子化合物，離子化合物的熔點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；銨根離子內部存在N和H之間的共價鍵，同時存在一個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，因為N的p能級是半滿的穩(wěn)定結構，所以其第一電離能高于O，因此第一電離能的順序為：F>N>O>H。

（3）①氨氣分子空間構型是三角錐形，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BC正確。

②根據價層電子對互斥理論，碳酸根離子的中心C原子的價電子對為3+(4+2-2×3)=3對，所以該離子的空間構型為平面三角形。碳酸根離子一共有4個原子，所以m=4。中心C原子做sp2雜化，剩余一個價電子；周圍的O原子的2p能級上有兩個單電子，其中一個單電子用來和中心C原子成σ鍵，剩余的一個單電子用來形成大鍵，所以三個氧原子一共提供3個電子；最后加上兩個單位負電荷所對應的電子；所以成大鍵的電子一共為6個，即n=6。所以該大鍵的表示為。

③根據圖示的結構，第一個氮原子成鍵（H-N-N）的角度約為120°，所以第一個N的雜化應該是sp2雜化。中間氮原子，因為要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小立方體的體心位置，這個晶胞的結構與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；含有的O原子為8個，所以一個晶胞中有4個UO2，其質量為 g。所以晶體的密度為(4×270)/(NA× 8a3×10-21)。