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(tài)氮原子價電子排布圖為______。

(2)反應所得氣態(tài)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(huán)如圖所示。已知：元素的一個氣態(tài)原子獲得電子成為氣態(tài)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(jù)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(shù)，n代表參與形成大丌鍵的電子數(shù)(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(shù)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(jù)構造原理，書寫N的核外電子排布式，然后可根據(jù)各個能級具有的軌道數(shù)及軌道電子填充電子規(guī)律，得到基態(tài)氮原子價電子排布圖；

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

(3)根據(jù)圖示的能量變化結合化學基本概念分析判斷；

(4)根據(jù)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(shù)為4+2+6×3=24，單電子數(shù)=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(shù)比，然后根據(jù)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(jù)通過一個U原子的晶胞數(shù)及重合數(shù)目計算其微粒數(shù)目；

②先計算1個晶胞中含有的U、N原子數(shù)目，然后計算晶胞的體積及一個晶胞中含有的U、N原子數(shù)目的總體積，最后根據(jù)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(jù)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(tài)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(shù)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(shù)為4+2+6×3=24，單電子數(shù)=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(shù)8×+6×=4；含有N原子個數(shù)為：12×+1=4，因此一個晶胞中含有U、N原子個數(shù)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(jù)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(shù)為8×3×=12；

②在一個晶胞中含有U原子數(shù)目為U：8×+6×=4，含有的N原子數(shù)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(jù)圖示可知晶胞參數(shù)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%。