题目内容
【题目】UO2与铀氮化物是重要的核燃料，已知：3(NH4)4[UO2(CO3)3]
3UO2+10NH3↑+9CO2↑+N2↑+9H2O↑
回答下列问题：
(1)基态氮原子价电子排布图为______。
(2)反应所得气态化合物中属于非极性分子的是_______(填化学式)。
(3)某种铀氮化物的晶体结构是NaCl型。NaCl的Bom-Haber循环如图所示。已知：元素的一个气态原子获得电子成为气态阴离子时所放出的能量称为电子亲和能。下列有关说法正确的是________(填标号)。
a.Cl-Cl键的键能为119.6kJ/mol b.Na的第一电离能为603.4kJ/mol
c.NaCl的晶格能为785.6kJ/mol d.Cl的第一电子亲和能为348.3kJ/mol
(4)依据VSEPR理论推测CO32-的空间构型为_________。分子中的大丌键可用符号丌
表示，其中m代表参与形成大丌键的原子数，n代表参与形成大丌键的电子数(如苯分子中的大丌键可表示为丌
)，则CO32-中的大丌键应表示为_____
(5)UO2可用于制备UF4：2UO2+5NH4HF2
2UF4·2NH4F+3NH3↑+4H2O，其中HF2的结构表示为[F—H…F]-，反应中断裂的化学键有_______ (填标号)。
a.氢键 b.极性键 c.离子键 d.金属键 e.非极性键
(6)铀氮化物的某两种晶胞如图所示：
①晶胞a中铀元素的化合价为__________，与U距离相等且最近的U有_______个。
②已知晶胞b的密度为dg/cm3，U原子的半径为r1cm，N原子的半径为为r2cm，设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的空间利用率为___________(列出计算式)。
【答案】
CO2 c、d 平面三角形 
b、c +3 12 
×100%
【解析】
(1)先根据构造原理，书写N的核外电子排布式，然后可根据各个能级具有的轨道数及轨道电子填充电子规律，得到基态氮原子价电子排布图；
(2)反应所得气态化合物分子有NH3、CO2、N2、H2O，根据分子是否对称判断是否为非极性分子；
(3)根据图示的能量变化结合化学基本概念分析判断；
(4)根据价层电子对互斥理论分析判断；C原子、O原子有平行的p轨道，价电子总数为4+2+6×3=24，单电子数=24-2×3-4×3=6，为4原子、6电子形成的大π键；
(5) NH4HF2为离子晶体，含有离子键，HF2-含有氢键和共价键，NH4+中含有配位键和共价键；
(6)①用均摊方法计算a中U、N原子个数比，然后根据N元素化合价分析U元素化合价；在晶体中与U距离相等且最近的U原子在晶胞面心，然后根据通过一个U原子的晶胞数及重合数目计算其微粒数目；
②先计算1个晶胞中含有的U、N原子数目，然后计算晶胞的体积及一个晶胞中含有的U、N原子数目的总体积，最后根据原子体积占总体积的百分比可得其空间利用率。
(1)N是7号元素，根据构造原理，可得其核外电子排布式1s22s22p3，其价电子的轨道表达式为
；
(2)反应所得气态化合物分子有NH3、CO2、N2、H2O，NH3、H2O的空间排列不对称，正负电荷的重心不重合，属于极性分子，CO2、N2的空间排列对称，分子中正负电荷重心重合，是非极性分子，其中CO2是非极性化合物分子；
(3) a.Cl-Cl键的键能为2×119.6kJ/mol=239.2kJ/mol，a错误；
b.Na的第一电离能为495.0kJ/mol，b错误；
c.NaCl的晶格能为785.6kJ/mol，c正确；
d.Cl的第一电子亲和能为348.3kJ/mol，d正确；
故合理选项是cd；
(4) CO32-的价层电子对数为3+
=3，因此CO32-空间构型为平面三角形；
C原子、O原子有平行的p轨道，价电子总数为4+2+6×3=24，单电子数=24-2×3-4×3=6，为4原子、6电子形成的大π键，大π键为；
(5) NH4HF2为离子晶体，含有离子键，HF2-含有氢键和共价键，NH4+中含有配位键和共价键，所以NH4HF2中所含作用力有：a、b、c、d，反应中断裂的化学键有b、c；
(6)①晶胞a中U原子个数8×
+6×
=4；含有N原子个数为：12×
+1=4，因此一个晶胞中含有U、N原子个数均为4个，化学式为UN，由于N原子最外层有5个电子，N化合价为-3价，所以U元素的化合价为+3，根据图示可知：在晶胞与U距离相等且最近的U在一个晶胞的面心上，通过一个U原子有8个晶胞，在一个晶胞中有3个U距离相等且最近，每个U原子重复了两次，因此在晶胞与U距离相等且最近的U原子数为8×3×=12；
②在一个晶胞中含有U原子数目为U：8×
+6×=4，含有的N原子数目为8×1=8，一个晶胞中含有的U、N原子的总体积为V(U)+V(N)=(4×
+8×
)cm3；根据图示可知晶胞参数为4个U原子的半径的
倍；L=4r1cm，晶胞的体积V(晶胞)=
，则该晶体中原子利用率为
×100%。
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