Question

【題目】中國的鈾工業(yè)自20世紀(jì)50年代興起，現(xiàn)已形成完整的和具有相當(dāng)規(guī)模的科研和工業(yè)生產(chǎn)體系。鈾是原子反應(yīng)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(tài)氟原子的價(jià)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(shí)，其氧化產(chǎn)物是MgF2或CaF2，已知MgF2的熔點(diǎn)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(jià)鍵 c. 配位鍵 d. 金屬鍵

②NH4+的空間構(gòu)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(jié)構(gòu)如圖所示：

①晶胞中U原子位于面心和頂點(diǎn)，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(gòu)型為___________(填“立方體”、“四面體”、“八面體”)；

②若兩個(gè)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(shù)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(jià)電子排布式為2s22p5，結(jié)合泡利原理、洪特規(guī)則畫出價(jià)電子排布圖； ②根據(jù)體心立方堆積晶胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)計(jì)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(diǎn)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(jià)鍵和配位鍵；

②根據(jù)VSEPR理論判斷NH4＋的空間構(gòu)型，等電子體是指原子總數(shù)相同，價(jià)電子總數(shù)也相同的微粒；

③根據(jù)VSEPR理論和雜化軌道理論判斷；

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

②如圖晶胞內(nèi)部上半部4個(gè)O原子形成正方形，正方形邊長為晶胞棱長的，均攤法計(jì)算晶胞中U、O原子數(shù)目，用阿伏伽德羅常數(shù)表示出晶胞質(zhì)量，晶體密度＝晶胞質(zhì)量÷晶胞體積。

(1)①F原子價(jià)電子排布式為2s22p5，由泡利原理、洪特規(guī)則，價(jià)層電子排布圖為；

②根據(jù)體心立方堆積晶胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，1個(gè)體心立方晶胞含有硬球數(shù)目為8×＋1＝2個(gè)，設(shè)硬球邊長為a，根據(jù)硬球接觸模型，則硬球半徑與晶胞邊長的關(guān)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(diǎn)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(jià)鍵和配位鍵；

②對(duì)于NH4＋，根據(jù)VSEPR理論，價(jià)電子對(duì)數(shù)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(gòu)型為正四面體；

等電子體是指原子總數(shù)相同，價(jià)電子總數(shù)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(duì)于CO32，根據(jù)VSEPR理論，價(jià)電子對(duì)數(shù)為VP＝BP＋LP＝3+＝3，根據(jù)雜化軌道理論，中心C為sp2雜化；

(3)①氧原子與周圍的4個(gè)U原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，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(nèi)部上半部4個(gè)O原子形成正方形，正方形邊長為晶胞棱長的，若兩個(gè)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(shù)目＝8×＋6×＝4，O原子數(shù)目＝8，晶胞質(zhì)量＝g，故晶體密度＝g÷(2a×107cm)3＝gcm3。