Question

1．稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57到71的15種鑭系元素，以及與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧（Sc）和釔（Y）共17　種元素．回答下列問(wèn)題；
（1）鈧（Sc）元素的原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²．鈥（Ho）的基態(tài)原子電子排布式為[Xe]4f¹¹6s²，一個(gè)基態(tài)鈦原子所含的未成對(duì)電子數(shù)為2．

（2）稀土元素最常見(jiàn)的化合價(jià)為+3價(jià)，但也有少數(shù)還有+4價(jià)．請(qǐng)根據(jù)下表中的電離能數(shù)據(jù)判斷表中最有可能有+4價(jià)的元素是Ce．
幾種稀土元素的電離能（單位：kJ•mol^-1）

元素	I1	I2	I3	I1+I2+I3	I4
Sc（鈧）	633	1235	2389	4257	7019
Y（釔）	616	1181	1980	3777	5963
La（鑭）	538	1067	1850	3455	4819
Ce（鈰）	527	1047	1949	3523	3547

（3）離子化合物　Na₃[Sc（OH）₆]中，存在的作用力除離子鍵外還有共價(jià)鍵和配位鍵．
（4）Sm（釤）的單質(zhì)與1，2-二碘乙烷可發(fā)生如下反應(yīng)：Sm+ICH₂CH₂I→SmI₂+CH₂=CH₂．ICH₂CH₂I中碳原子雜化軌道類(lèi)型為sp³，1mol　CH₂=CH₂中含有的σ鍵數(shù)目為5N_A．
（5）PrO₂（二氧化鐠）的晶體結(jié)構(gòu)與CaF₂相似，晶胞中Pr（鐠）原子位于面心和頂點(diǎn)．則PrO₂（二氧化鐠）的晶胞中有8個(gè)氧原子．
（6）Ce（鈰）單質(zhì)為面心立方晶體，晶胞參數(shù)為a=516pm．晶胞中Ce（鈰）原子的配位數(shù)為12，列式表示Ce（鈰）單質(zhì)的密度：$\frac{4×140}{6.02×1{0}^{23}×（516×1{0}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm^-3（不必計(jì)算出結(jié)果）

Answer 1

分析 （1）鈧為21號(hào)元素，核外電子層排布為2、8、9、2，鈦為22號(hào)元素，核外電子層排布為2、8、10、2，據(jù)此答題；
（2）第四電離能與第一電離能、第二電離能、第三電離能相差越小，第四個(gè)電子越容易失去，+4價(jià)的可能性越大，根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷；
（3）離子化合物 Na₃[Sc（OH）₆]中含有羥基與Sc的配位鍵，羥基中的氫氧元素之間的共價(jià)鍵．
（4）在ICH₂CH₂I分子中碳原子只形成了單鍵，有四個(gè)單鍵，故碳原子雜化軌道類(lèi)型為sp³；1個(gè)CH₂=CH₂分子中含有5個(gè)σ鍵；
（5）CaF₂晶胞如圖中，則圖中Y為鐠原子，X為氧原子，據(jù)此判斷晶胞中氧原子數(shù)；
（6）Ce（鈰）單質(zhì)為面心立方晶體，以晶胞頂點(diǎn)的鈰原子為例，與之距離最近的鈰原子分布在經(jīng)過(guò)該頂點(diǎn)的所有立方體的面心上，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$可求得密度．

解答 解：（1）鈧為21號(hào)元素，核外電子層排布為2、8、9、2，電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²，鈦為22號(hào)元素，電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，故未成對(duì)電子數(shù)為2，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²；2；
（2）第四電離能與第一電離能、第二電離能、第三電離能相差越小，第四個(gè)電子越容易失去，+4價(jià)的可能性越大，在上述表中Ce的I₁+I₂+I₃和I₄最接近，故應(yīng)為Ce元素，
故答案為：Ce；
（3）離子化合物 Na₃[Sc（OH）₆]中含有羥基與Sc的配位鍵，羥基中的氫氧元素之間的共價(jià)鍵，故答案為：共價(jià)鍵和配位鍵；
（4）在ICH₂CH₂I分子中碳原子只形成了單鍵，有四個(gè)單鍵，故碳原子雜化軌道類(lèi)型為sp³；1個(gè)CH₂=CH₂分子中含有5個(gè)σ鍵，故1mol CH₂=CH₂中含有的σ鍵數(shù)目為5N_A，
故答案為：sp³；5N_A；
（5）在晶胞中，Y為鐠原子，X為氧原子，可以看到氧原子在晶胞的內(nèi)部，故此晶胞中應(yīng)有8個(gè)氧原子，故答案為：8；
（6）Ce（鈰）單質(zhì)為面心立方晶體，以晶胞頂點(diǎn)的鈰原子為例，與之距離最近的鈰原子分布在經(jīng)過(guò)該頂點(diǎn)的所有立方體的面心上，這樣的面有12個(gè)，晶胞中鈰原子位于頂點(diǎn)和面心，數(shù)目為8×1/8+6×1/2=4，該晶胞體積為a³，該晶胞的質(zhì)量為4M/N_A，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$可知，密度為4M/N_A×a³g•cm^-3，即為$\frac{\frac{4×M}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$=$\frac{4×140}{6.02×1{0}^{23}×（516×1{0}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm^-3，
故答案為：12；$\frac{4×140}{6.02×1{0}^{23}×（516×1{0}^{-10}）{\;}^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了核外電子排布、電離能、化學(xué)鍵、晶胞的結(jié)構(gòu)和晶胞的計(jì)算等知識(shí)，中等難度，答題時(shí)注意物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用．