Question

【題目】中國的鈾工業自20世紀50年代興起，現已形成完整的和具有相當規模的科研和工業生產體系。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)UF4用Mg或Ca還原可得金屬鈾。

①基態氟原子的價電子排布圖為_____________；

②金屬鈾的一種堆積方式為體心立方堆積，該堆積方式的空間利用率為_______；

③UF4用Mg或Ca還原時，其氧化產物是MgF2或CaF2，已知MgF2的熔點高于CaF2，其原因是_________________。

(2)已知：(NH4)4〔UO2(CO3)3〕3UO2+10NH3↑+9CO2↑+N2↑+9H2O↑

①(NH4)4〔UO2(CO3)3〕存在的微粒間作用力是_________；

a. 離子鍵 b. 共價鍵 c. 配位鍵 d. 金屬鍵

②NH4+的空間構型為______，與NH4+等電子體的分子或離子有_____(寫一種)；

③CO32－中碳原子雜化軌道類型為_________；

(3)UO2的晶胞結構如圖所示：

①晶胞中U原子位于面心和頂點，氧原子填充在U原子堆積形成的空隙中，在該空隙中氧原子堆積形成的立體的空間構型為___________(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。(列出含a算式即可。用NA表示阿伏加德羅常數的值。)

Answer 1

【答案】 68% MgF2或CaF2均為離子晶體，MgF2的晶格能大于CaF2 abc 正四面體 CH4 sp2 立方體

【解析】

(1)①F元素常用第二周期VIIA族，價電子排布式為2s22p5，結合泡利原理、洪特規則畫出價電子排布圖； ②根據體心立方堆積晶胞的內部結構計算空間利用率，空間利用率＝；

③CaF2和MgF2都是離子晶體，離子電荷相同，離子半徑越小，晶格能越大，晶體的熔點越高；

(2)①(NH4)4〔UO2(CO3)3〕為離子晶體，含有離子鍵，銨根離子中有共價鍵和配位鍵；

②根據VSEPR理論判斷NH4＋的空間構型，等電子體是指原子總數相同，價電子總數也相同的微粒；

③根據VSEPR理論和雜化軌道理論判斷；

(3)①由UO2的晶胞結構，氧原子與周圍的4個U原子形成正四面體結構，氧原子位于正四面體的中心；

②如圖晶胞內部上半部4個O原子形成正方形，正方形邊長為晶胞棱長的，均攤法計算晶胞中U、O原子數目，用阿伏伽德羅常數表示出晶胞質量，晶體密度＝晶胞質量÷晶胞體積。

(1)①F原子價電子排布式為2s22p5，由泡利原理、洪特規則，價層電子排布圖為；

②根據體心立方堆積晶胞的內部結構，1個體心立方晶胞含有硬球數目為8×＋1＝2個，設硬球邊長為a，根據硬球接觸模型，則硬球半徑與晶胞邊長的關系為4r＝a，所以r＝a，所以空間利用率＝＝=×100%＝68%；

③MgF2和CaF2均為離子晶體，Mg2＋半徑小于Ca2＋半徑，MgF2的晶格能大于CaF2，故MgF2的熔點較高；

(2)①(NH4)4〔UO2(CO3)3〕為離子晶體，含有離子鍵，銨根離子中有共價鍵和配位鍵；

②對于NH4＋，根據VSEPR理論，價電子對數為VP＝BP＋LP＝4＋＝4，VSEPR模型為四面體形，形成4根NH鍵，則其空間構型為正四面體；

等電子體是指原子總數相同，價電子總數也相同的微粒，所以與NH4＋互為等電子體的分子或離子有：CH4、BH4（或BeH42、AlH4、SiH4及GeH4）；

③對于CO32，根據VSEPR理論，價電子對數為VP＝BP＋LP＝3+＝3，根據雜化軌道理論，中心C為sp2雜化；

(3)①氧原子與周圍的4個U原子形成正四面體結構，氧原子位于正四面體的中心，則氧原子填充在鈾原子形成的正四面體空隙中；

②如圖晶胞內部上半部4個O原子形成正方形，正方形邊長為晶胞棱長的，若兩個氧原子的最近距離為a nm，則晶胞棱長為2a nm，晶胞體積＝(2a×107cm)3，U原子數目＝8×＋6×＝4，O原子數目＝8，晶胞質量＝g，故晶體密度＝g÷(2a×107cm)3＝gcm3。