高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第11章 過渡元素 第6節(jié) 稀土元素簡介習(xí)題詳解（含解析）（實驗班）

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第六節(jié)　稀土元素簡介 一、非選擇題 1．2002年世界上第一臺磁冰箱問世。磁冰箱的概念形成于1996年，美國、中國、西班牙、荷蘭和加拿大都進(jìn)行了研究，最低制冷溫度已達(dá)℃，能量利用率比傳統(tǒng)冰箱高。1997年，美國實驗室設(shè)計出磁冰箱原型，其制冷裝置可簡單地用圖11-15表示。 一轉(zhuǎn)輪滿載順磁性物質(zhì)，高速旋轉(zhuǎn)，其一側(cè)有一強(qiáng)大磁場，順磁性物質(zhì)轉(zhuǎn)入磁場為狀態(tài)，轉(zhuǎn)出磁場為狀態(tài)，即：。“”表示未成對電子?；卮鹣铝袉栴}： （1）從能量角度定性地解釋：磁制冷物質(zhì)發(fā)生的狀態(tài)變化為什么會引起冰箱制冷？不要忘記指出磁場是在冰箱內(nèi)還是在冰箱外。 （2）實驗室的磁致冷物質(zhì)最早為稀土金屬釓（），后改為其合金，其通式為，最近又研究了以為通式的合金，為鋁、鈷或鎳。根據(jù)原子結(jié)構(gòu)理論，應(yīng)為元素周期表第幾號元素？為什么？ （3）簡述開發(fā)磁冰箱的意義。 本題答案為：（1）當(dāng)磁冰箱在狀態(tài)時，未成對電子排列有序，內(nèi)能低；而在狀態(tài)時，排列無序，內(nèi)能高。因此由時，要吸收能量，此時制冷，反之，放出能量。磁鐵在冰箱外。 （2）釓（）電子排布式為：，有未成對電子數(shù)8個。 （3）取代了含氟冰箱，替代了制冷劑氟利昂，從而保護(hù)了臭氧層。 2．釔（）元素是激光和超導(dǎo)的重要材料。我國蘊(yùn)藏有豐富的含釔礦石（），其中與相似，具有兩性?，F(xiàn)取礦樣與過量的共熔，反應(yīng)后加適量的水溶解過濾，濾渣中有、（反應(yīng)中由價變?yōu)閮r），濾液中有、等。將濾液配成溶液，測得其為13，往此溶液中加入鹽酸，得混合溶液的為1，并有硅酸析出。試計算值和釔（）元素的相對原子質(zhì)量（假設(shè)反應(yīng)中溶液體積變化忽略不計）。 本題答案為：（1）寫成氧化物形式：，，釔為價；（2）89。 3．鑭（）是一種活潑性比鋅更強(qiáng)的稀土元素，它的氧化物分子式為，是不溶于水的堿；而、都溶于水?，F(xiàn)有下列幾種組合 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 能直接制得的反應(yīng)是（ ）。 A．①②③④ B．①②③⑤ C．②③⑤⑥ D．①②③④⑤ 解析：是不溶于水的物質(zhì)，堿與鹽反應(yīng)時，反應(yīng)物必須都溶于水，所以不能直接反應(yīng)制取，故④錯誤；與不能發(fā)生反應(yīng)，不能制取，⑥錯誤。 本題答案為選項B。 4．鑭系元素的含水氯化物，加熱脫水時，易發(fā)生水解。為了制得無水，常常加入的脫水劑為（ ）。 A．（氣流） B．（固體） C．（固體） D．濃 解析：為了抑制脫水過程中產(chǎn)物發(fā)生水解，脫水可在氯化氫氣流中或在氯化銨的存在下進(jìn)行，如果有氯氧化物生成，可按照下式反應(yīng)消除： ； 。 本題答案為選項A、B。 5．我國擁有世界上最大的稀土礦，品位甚高。若以表示稀土元素，則向的硫酸鹽溶液中加入粉狀的，可以使稀土元素轉(zhuǎn)為沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為（，2）。下列有關(guān)敘述中正確的是（ ）。 A．該反應(yīng)為復(fù)分解反應(yīng) B．該反應(yīng)一定在強(qiáng)堿溶液中進(jìn)行 C．產(chǎn)生的沉淀物為復(fù)鹽 D．產(chǎn)生的沉淀物一定是難溶性物質(zhì) 解析：根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)定義可知選項A錯誤； 在強(qiáng)堿溶液中稀土元素會形成沉淀，所以選項B錯誤； 該復(fù)鹽在特定條件下是沉淀，但是不一定代表它是難溶性物質(zhì)，比如在侯德榜制堿法中生成了碳酸氫鈉沉淀，但是碳酸氫鈉不是難溶性物質(zhì)。 本題答案為選項C、A。 6．將氯化鈰（）溶液分別注入7支各盛有不同體積（分別是、、、、、、）硝酸銀溶液的試管中。右圖表示生成氯化銀沉淀的質(zhì)量與所用硝酸銀溶液體積的關(guān)系。則化學(xué)式中的值是（ ）。 A．1 B．2 C．3 D．4 解析：由圖可知：加入大于，不再有沉淀生成，說明氯化鈰（）會與正好反應(yīng)。 本題答案為選項D。 7．稀土元素是指元素周期表中__________族中的__________種金屬元素。我國有世界上最豐富的稀土礦資源，稀土元素是釔（）和鑭系元素的總和，它們在化合物中最穩(wěn)定的價態(tài)是價。稀土化合物的二氧化鈰（）是強(qiáng)氧化劑，它與硫酸在水溶液中反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________。 本題答案為：Ⅲ；17；。 8．為什么鑭系元素的氧化物不具有同一樣的酸性？ 本題答案為：鑭系元素位于元素周期表的下方且都處于Ⅲ族，因此它們的堿性比鋁強(qiáng)（因為其原子半徑大，更易失去價電子）。 9．在鑭系元素中哪個價離子最易與二氯化鉻反應(yīng)？其產(chǎn)物是什么？并解釋原因。 本題答案為：鑭系元素中最易與強(qiáng)還原劑反應(yīng)的是具有穩(wěn)定的價的元素——、和。 10．大量研究證明：稀土離子對植物具有促進(jìn)生根發(fā)芽、增加葉綠素含量、增強(qiáng)光合作用強(qiáng)度、改善植物對大量營養(yǎng)元素吸收的作用，從而促進(jìn)作物對干物質(zhì)的積累，使其產(chǎn)量和質(zhì)量得到提高與改進(jìn)。目前有關(guān)稀土元素對植物光合作用機(jī)理的研究取得了一些新進(jìn)展。我國科學(xué)家通過研究提出一種機(jī)理是，稀土離子替代鎂離子而配位到葉綠素（見圖1）的卟啉環(huán)上，形成葉綠素—稀土配合物。已合成了鐠葉綠素（—）（見圖2），并證明—具有雙層夾心結(jié)構(gòu)。（Ⅲ）夾于兩個卟啉環(huán)之間，與上下卟啉環(huán)上共8個原子配位，—鍵平均鍵長為0.242。 元素名稱、離子 鎂、 鑭、 鈰、 鐠、 釤、 鈣、 離子半徑／（） 66 106.1 103.4 101.3 96.4 99 一些元素的離子半徑如上表所示。有專家提出上述夾心物形成除它們的激發(fā)態(tài)能量與葉綠素配體三重態(tài)能量相當(dāng)，能量轉(zhuǎn)移效率較高因素外，還與元素的離子勢（即離子吸引電子的能力）相關(guān)，離子勢與離子電荷成正比，與離子半徑成反比。請根據(jù)本題所給信息和上表中數(shù)據(jù)，回答下列問題： （1）專家首先選擇元素替代，且獲得了成功，請簡述首選的原因； （2）植物體內(nèi)有大量鈣元素，鈣和鎂同族，簡述是否容易形成鈣葉綠素？ 本題答案為：（1）與的離子勢最接近，分別為2.962和3.030。 （2）鈣和鎂雖屬同族元素，但離子勢相差較大，吸引電子能力及成鍵能力有差別。故不易取代葉綠素中鎂。