Question

【题目】铀是原子反应堆的原料，常见铀的化合物有UF4、UO2、及(NH4)4[UO2(CO3)3]等，回答下列问题：

（1）基态氟原子的价电子排布图为________________；用Mg或Ca还原UF4可得金属铀，其氧化产物MgF2的熔点高于CaF2，原因是_______________________________；

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

①NH4HF2中存在的微粒间的作用力是__________（填选项字母）。

A.离子键 B.配位键 C.共价键 D.范德华力

②该反应中非金属元素的第一电离能由大到小的顺序是__________（填元素符号）。

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

①分解产物中属于非极性分子的是_________（填选项字母）。

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

②反应物中的CO32-的空间构型为_____________。分子中的大键可用符号表示，其中m代表参与形成大键的原子数，n代表参与形成大键的电子数（如苯分子中的大键可表示为），则CO32-中的大键应表示为______________。

③HN3（氢叠氮酸）常用于引爆剂，其分子的结构式可表示为：。则左边氮原子和中间氮原子的杂化方式分别为______________、_______________。

（4）UO2的晶胞结构如图所示：

①晶胞中铀原子位于面心和顶点，氧原子填充在铀原子堆积形成的空隙中。则氧原子填充在铀原子形成的___________空隙中。（填“立方体”、“四面体”、“八面体”）

②若两个氧原子间的最短距离为a nm，则UO2晶体的密度为___________g·cm-3（列出计算式即可，设NA表示阿伏加德罗常数的值）。

Answer 1

【答案】 CaF2和MgF2均为离子晶体，Mg2+半径小于Ca2+半径，MgF2的晶格能大于CaF2，故MgF2熔点比较高 ABC F>N>O>H BC 平面三角形 sp2 sp 四面体 (4×270)/(NA× 8a3×10-21)

【解析】（1）F原子的价电子为2s22p5，所以其价电子排布图为。MgF2和CaF2都是离子化合物，离子化合物的熔点高低取决于晶格能的大小，一般来说离子的半径越小，离子所带的电荷越高，晶格能越大，所以MgF2的熔点高于CaF2的原因是：CaF2和MgF2均为离子晶体，Mg2+半径小于Ca2+半径（离子的电荷都相同），MgF2的晶格能大于CaF2，故MgF2熔点比较高。

（2）①NH4HF2是一种铵盐，属于离子化合物，存在离子键；铵根离子内部存在N和H之间的共价键，同时存在一个N→H的配位键。所以答案为ABC。

②同周期元素从左向右第一电离能逐渐增大，因为N的p能级是半满的稳定结构，所以其第一电离能高于O，因此第一电离能的顺序为：F>N>O>H。

（3）①氨气分子空间构型是三角锥形，水分子是折线形，两者都是极性分子。二氧化碳分子是直线形分子所以二氧化碳是非极性分子，N2明显是非极性分子，选项BC正确。

②根据价层电子对互斥理论，碳酸根离子的中心C原子的价电子对为3+(4+2-2×3)=3对，所以该离子的空间构型为平面三角形。碳酸根离子一共有4个原子，所以m=4。中心C原子做sp2杂化，剩余一个价电子；周围的O原子的2p能级上有两个单电子，其中一个单电子用来和中心C原子成σ键，剩余的一个单电子用来形成大键，所以三个氧原子一共提供3个电子；最后加上两个单位负电荷所对应的电子；所以成大键的电子一共为6个，即n=6。所以该大键的表示为。

③根据图示的结构，第一个氮原子成键（H-N-N）的角度约为120°，所以第一个N的杂化应该是sp2杂化。中间氮原子，因为要和两边氮原子成直线，且要形成双键和三键，所以中间氮原子为sp杂化。

（4）①从图中得到氧原子填充在立方体晶胞分割出来的八个小立方体的体心位置，这个晶胞的结构与CaF2类似，所以氧原子填充四面体空隙。

②由晶胞图得到，两个氧原子之间的距离为晶胞边长的一半，所以晶胞边长为2a nm，即2a×10-7 cm，所以晶胞体积为(2a×10-7)3 = 8a3×10-21cm3。该晶胞中含有的U原子为8 + 6× = 4个；含有的O原子为8个，所以一个晶胞中有4个UO2，其质量为 g。所以晶体的密度为(4×270)/(NA× 8a3×10-21)。