Question

【題目】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。與鈣同周期基態原子的未成對電子數為2的元素共有___種；原子序數為鎂元素的二倍的元素的基態原子價電子排布圖為_______。

（2）已知:2UO2+5NH4HF22UF4·NH4F+3NH3↑+4H2O↑

HF2-的結構為[F-H…F]-

①NH4HF2中含有的化學鍵有__ (填選項字母)。

A.氫鍵 B.配位鍵 C.共價鍵 D.離子鍵 E.金屬鍵

②與氧同周期，且第一電離能比氧大的元素有______種。

（3）已知:3(NH4)4[UO2(CO3)3] 3UO2+10NH3↑+9CO2↑+N2↑+9H2O↑

①寫出與NH4+互為等電子體的一種分子和一種離子的化學式______、_______。

②物質中與CO32-的碳原子雜化類型相同和不同的碳原子的個數比為______。

③分解所得的氣態化合物的分子鍵角由小到大的順序為__ (填化學式)

（4）C元素與N元素形成的某種晶體的晶胞如圖所示(8個碳原子位于立方體的頂點，4個碳原子位于立方體的面心，4個氮原子在立方體內)，該晶體硬度超過金剛石，成為首屈一指的超硬新材料。

①晶胞中C原子的配位數為______。該晶體硬度超過金剛石的原因是_________。

②已知該晶胞的密度為dg/cm3，N原子的半徑為r1cm,C原子的半徑為r2cm，設NA為阿伏加德羅常數，則該晶胞的空間利用率為_______(用含d、r1、r2、NA的代數式表示，不必化簡)。

Answer 1

【答案】 4 BCD 3 CH4、SiH4、GeH4 BH4-、AlH4- 3:2 H2O<NH3<CO2 4 該晶體和金剛石二者均為原子晶體，該晶體中的C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長短，鍵能大，故硬度較金剛石大

【解析】(1)第四周期中未成對電子數為2的元素有22Ti、28Ni、32Ge、34Se共四種；原子序數為鎂元素的二倍的元素是24號元素Cr，其基態價電子排布圖為。

(2)①已知HF2-的結構為[F-H…F]-，所以NH4HF2為離子化合物，即類似于銨鹽，所以含有的化學鍵有離子鍵、共價鍵和配位鍵，即正確選項為BCD；②根據同周期元素的第一電離能從左到右呈增大趨勢的一般規律，結合N原子最外層2p能級上呈半滿狀態，導致其第一電離能比氧元素的大，所以與氧同周期，且第一電離能比氧大的元素有N、F和Ne三種。

(3)①已知NH4+是含有5個原子8個價電子的微粒，與其互為等電子體的分子有CH4、 SiH4 、GeH4等，互為等電子體的離子有BH4-、AlH4-；② 已知CO32-中碳原子雜化類型為sp2，則物質中碳原子是sp2雜化的有6個，是sp3雜化的有3個，是sp雜化的有1個，所以雜化類型相同和不同的碳原子個數之比為6:4，即3:2；③分解所得的氣態化合物有NH3，是sp3雜化的三角錐形，有1個孤對電子，CO2是sp2雜化的直線型，沒有孤對電子，H2O是sp3雜化的V型結構，有2個孤對電子，根據雜化類型，結合電子對互斥原理可知，它們的鍵角由小到大的順序為H2O<NH3<CO2。

(4)①該晶胞中與C原子最近的原子為N原子，與C原子最近且等距的N原子位于1/8小立方體的中心，且只有4個，1個C原子只能與4個N原子形成4個共價單鍵，所以C原子的配位數為4；該晶體硬度超過金剛石的原因是二者都是原子晶體，但該晶體中的C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長短，鍵能大，所以硬度比金剛石的大；②由晶胞結構可知，該晶胞中含有的C原子=，含有的N原子=4，所以其化學式為C3N4，則該分子的體積為[]cm3，由晶胞的密度和化學式可得該晶胞的體積為 cm3，所以該晶胞的空間利用率為×100%。