Question

【化学——选修3：物质结构与性质】(15分)稀土元素是指元素周期表中原子序数为57到71的15种镧系元素，以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)共17 种元素。稀土有“工业维生素”的美称，如今已成为极其重要的战略资源。

（1）钪(Sc)为21号元素，其基态原子M能层电子数为         。镝(Dy)的基态原子电子排布式为[Xe]4f¹⁰6s²，一个基态镝原子所含的未成对电子数为              。

（2）稀土元素最常见的化合价为＋3价，但也有少数还有＋4价。请根据下表中的电离能数据判断表中最有可能有＋4价的元素是           。

几种稀土元素的电离能(单位：kJ·mol^－1)

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

（3）离子化合物 Na₃[Sc(OH)₆]中，存在的作用力除离子键外还有         。

（4）Sm(钐)的单质与1，2-二碘乙烷可发生如下反应：Sm＋ICH₂CH₂I→SmI₂＋CH₂=CH₂。

ICH₂CH₂I中碳原子杂化轨道类型为             ，1 mol CH₂=CH₂中含有的σ键数目为         。常温下1，2-二碘乙烷为液体而乙烷为气体，其主要原因是             。

（5）PrO₂(二氧化镨)的晶体结构与CaF₂相似，晶胞中Pr(镨)原子位于面心和顶点。则PrO₂(二氧化镨)的晶胞中有          个氧原子。

（6）Ce(铈)单质为面心立方晶体，其胞参数为a=516pm。晶胞中Ce(铈)原子的配位数为        ，列式表示Ce(铈)单质的密度：           g·cm^－3(不必计算出结果)。

Answer

(15分)

（1）9 ； 4 （2）Ce(铈) ； （3）共价键和配位键

（4）sp3 ；5NA ；二碘乙烷的相对分子质量较大，分子间作用力较强，沸点相对较高。

（5）8 （6）12

【解析】

试题分析：（1）钪(Sc)为21号元素，根据核外电子排布规律可知核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d1s2，所以其基态原子M能层电子数为9个。镝(Dy)的基态原电子排布式为[Xe]4f106s2，由于f能级最多排14个电子，所以根据排布规律可知一个基态镝原子所含的未成对电子数为4个。

（2）根据表中数据可知Ce元素的第三电离能与第四电离能差距最小，所以Ce元素最可能有＋4价。

（3）离子化合物 Na3[Sc(OH)6]中，存在的作用力除离子键外还有O与H之间的共价键，以及Sc与氢氧根之间的配位键。

（4）ICH2CH2I中碳原子是饱和碳原子，其杂化轨道类型为sp3；单键都是σ键，双键中还含有1个σ键，所以1 mol CH2=CH2中含有的σ键数目为5NA。由于二碘乙烷的相对分子质量较大，分子间作用力较强，沸点相对较高，所以常温下1，2-二碘乙烷为液体而乙烷为气体。

（5）PrO2(二氧化镨)的晶体结构与CaF2相似，氟化钙的晶胞中含有8个F原子，则PrO2 (二氧化镨)的晶胞中有8个氧原子。

（6）Ce(铈)单质为面心立方晶体，在Ce晶体的一个晶胞中与它距离相等且最近的Ce原子在通过这个顶点的三个面心上，面心占1/2，通过一个顶点可形成8个晶胞，因此该晶胞中Ce原子的配位数为8×3×1/2＝12；一个晶胞中Ce原子数为8×1/8＋6×1/2＝4，因此Ce的密度ρ＝m÷V＝。

考点：考查原子核外电子排布，杂化轨道类型及晶胞的计算等知识。