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）UF4用Mg或Ca还原可得金属铀。与钙同周期基态原子的未成对电子数为2的元素共有___种；原子序数为镁元素的二倍的元素的基态原子价电子排布图为_______。

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

HF2-的结构为[F-H…F]-

①NH4HF2中含有的化学键有__ (填选项字母)。

A.氢键 B.配位键 C.共价键 D.离子键 E.金属键

②与氧同周期，且第一电离能比氧大的元素有______种。

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

①写出与NH4+互为等电子体的一种分子和一种离子的化学式______、_______。

②物质中与CO32-的碳原子杂化类型相同和不同的碳原子的个数比为______。

③分解所得的气态化合物的分子键角由小到大的顺序为__ (填化学式)

（4）C元素与N元素形成的某种晶体的晶胞如图所示(8个碳原子位于立方体的顶点，4个碳原子位于立方体的面心，4个氮原子在立方体内)，该晶体硬度超过金刚石，成为首屈一指的超硬新材料。

①晶胞中C原子的配位数为______。该晶体硬度超过金刚石的原因是_________。

②已知该晶胞的密度为dg/cm3，N原子的半径为r1cm,C原子的半径为r2cm，设NA为阿伏加德罗常数，则该晶胞的空间利用率为_______(用含d、r1、r2、NA的代数式表示，不必化简)。

Answer 1

【答案】 4 BCD 3 CH4、SiH4、GeH4 BH4-、AlH4- 3:2 H2O<NH3<CO2 4 该晶体和金刚石二者均为原子晶体，该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大，故硬度较金刚石大

【解析】(1)第四周期中未成对电子数为2的元素有22Ti、28Ni、32Ge、34Se共四种；原子序数为镁元素的二倍的元素是24号元素Cr，其基态价电子排布图为。

(2)①已知HF2-的结构为[F-H…F]-，所以NH4HF2为离子化合物，即类似于铵盐，所以含有的化学键有离子键、共价键和配位键，即正确选项为BCD；②根据同周期元素的第一电离能从左到右呈增大趋势的一般规律，结合N原子最外层2p能级上呈半满状态，导致其第一电离能比氧元素的大，所以与氧同周期，且第一电离能比氧大的元素有N、F和Ne三种。

(3)①已知NH4+是含有5个原子8个价电子的微粒，与其互为等电子体的分子有CH4、 SiH4 、GeH4等，互为等电子体的离子有BH4-、AlH4-；② 已知CO32-中碳原子杂化类型为sp2，则物质中碳原子是sp2杂化的有6个，是sp3杂化的有3个，是sp杂化的有1个，所以杂化类型相同和不同的碳原子个数之比为6:4，即3:2；③分解所得的气态化合物有NH3，是sp3杂化的三角锥形，有1个孤对电子，CO2是sp2杂化的直线型，没有孤对电子，H2O是sp3杂化的V型结构，有2个孤对电子，根据杂化类型，结合电子对互斥原理可知，它们的键角由小到大的顺序为H2O<NH3<CO2。

(4)①该晶胞中与C原子最近的原子为N原子，与C原子最近且等距的N原子位于1/8小立方体的中心，且只有4个，1个C原子只能与4个N原子形成4个共价单键，所以C原子的配位数为4；该晶体硬度超过金刚石的原因是二者都是原子晶体，但该晶体中的C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长短，键能大，所以硬度比金刚石的大；②由晶胞结构可知，该晶胞中含有的C原子=，含有的N原子=4，所以其化学式为C3N4，则该分子的体积为[]cm3，由晶胞的密度和化学式可得该晶胞的体积为 cm3，所以该晶胞的空间利用率为×100%。