Question

【題目】UO2與鈾氮化物是重要的核燃料，已知：3(NH4)4[UO2(CO3)3]3UO2+10NH3↑+9CO2↑+N2↑+9H2O↑

回答下列問題：

(1)基態氮原子價電子排布圖為______。

(2)反應所得氣態化合物中屬于非極性分子的是_______(填化學式)。

(3)某種鈾氮化物的晶體結構是NaCl型。NaCl的Bom-Haber循環如圖所示。已知：元素的一個氣態原子獲得電子成為氣態陰離子時所放出的能量稱為電子親和能。下列有關說法正確的是________(填標號)。

a.Cl-Cl鍵的鍵能為119.6kJ/mol b.Na的第一電離能為603.4kJ/mol

c.NaCl的晶格能為785.6kJ/mol d.Cl的第一電子親和能為348.3kJ/mol

(4)依據VSEPR理論推測CO32-的空間構型為_________。分子中的大丌鍵可用符號丌表示，其中m代表參與形成大丌鍵的原子數，n代表參與形成大丌鍵的電子數(如苯分子中的大丌鍵可表示為丌)，則CO32-中的大丌鍵應表示為_____

(5)UO2可用于制備UF4：2UO2+5NH4HF22UF4·2NH4F+3NH3↑+4H2O，其中HF2的結構表示為[F—H…F]-，反應中斷裂的化學鍵有_______ (填標號)。

a.氫鍵 b.極性鍵 c.離子鍵 d.金屬鍵 e.非極性鍵

(6)鈾氮化物的某兩種晶胞如圖所示：

①晶胞a中鈾元素的化合價為__________，與U距離相等且最近的U有_______個。

②已知晶胞b的密度為dg/cm3，U原子的半徑為r1cm，N原子的半徑為為r2cm，設NA為阿伏加德羅常數的值，則該晶胞的空間利用率為___________(列出計算式)。

Answer 1

【答案】 CO2 c、d 平面三角形 b、c +3 12 ×100%

【解析】

(1)先根據構造原理，書寫N的核外電子排布式，然后可根據各個能級具有的軌道數及軌道電子填充電子規律，得到基態氮原子價電子排布圖；

(2)反應所得氣態化合物分子有NH3、CO2、N2、H2O，根據分子是否對稱判斷是否為非極性分子；

(3)根據圖示的能量變化結合化學基本概念分析判斷；

(4)根據價層電子對互斥理論分析判斷；C原子、O原子有平行的p軌道，價電子總數為4+2+6×3=24，單電子數=24-2×3-4×3=6，為4原子、6電子形成的大π鍵；

(5) NH4HF2為離子晶體，含有離子鍵，HF2-含有氫鍵和共價鍵，NH4+中含有配位鍵和共價鍵；

(6)①用均攤方法計算a中U、N原子個數比，然后根據N元素化合價分析U元素化合價；在晶體中與U距離相等且最近的U原子在晶胞面心，然后根據通過一個U原子的晶胞數及重合數目計算其微粒數目；

②先計算1個晶胞中含有的U、N原子數目，然后計算晶胞的體積及一個晶胞中含有的U、N原子數目的總體積，最后根據原子體積占總體積的百分比可得其空間利用率。

(1)N是7號元素，根據構造原理，可得其核外電子排布式1s22s22p3，其價電子的軌道表達式為；

(2)反應所得氣態化合物分子有NH3、CO2、N2、H2O，NH3、H2O的空間排列不對稱，正負電荷的重心不重合，屬于極性分子，CO2、N2的空間排列對稱，分子中正負電荷重心重合，是非極性分子，其中CO2是非極性化合物分子；

(3) a.Cl-Cl鍵的鍵能為2×119.6kJ/mol=239.2kJ/mol，a錯誤；

b.Na的第一電離能為495.0kJ/mol，b錯誤；

c.NaCl的晶格能為785.6kJ/mol，c正確；

d.Cl的第一電子親和能為348.3kJ/mol，d正確；

故合理選項是cd；

(4) CO32-的價層電子對數為3+=3，因此CO32-空間構型為平面三角形；

C原子、O原子有平行的p軌道，價電子總數為4+2+6×3=24，單電子數=24-2×3-4×3=6，為4原子、6電子形成的大π鍵，大π鍵為；

(5) NH4HF2為離子晶體，含有離子鍵，HF2-含有氫鍵和共價鍵，NH4+中含有配位鍵和共價鍵，所以NH4HF2中所含作用力有：a、b、c、d，反應中斷裂的化學鍵有b、c；

(6)①晶胞a中U原子個數8×+6×=4；含有N原子個數為：12×+1=4，因此一個晶胞中含有U、N原子個數均為4個，化學式為UN，由于N原子最外層有5個電子，N化合價為-3價，所以U元素的化合價為+3，根據圖示可知：在晶胞與U距離相等且最近的U在一個晶胞的面心上，通過一個U原子有8個晶胞，在一個晶胞中有3個U距離相等且最近，每個U原子重復了兩次，因此在晶胞與U距離相等且最近的U原子數為8×3×=12；

②在一個晶胞中含有U原子數目為U：8×+6×=4，含有的N原子數目為8×1=8，一個晶胞中含有的U、N原子的總體積為V(U)+V(N)=(4×+8×)cm3；根據圖示可知晶胞參數為4個U原子的半徑的倍；L=4r1cm，晶胞的體積V(晶胞)=，則該晶體中原子利用率為×100%。