2022年高三化学一轮复习第章过渡元素第节稀土元素简介习题详解 .pdf

- 1 - 第六节稀土元素简介一、非选择题12002 年世界上第一台磁冰箱问世。磁冰箱的概念形成于1996 年，美国、中国、西班牙、荷兰和加拿大都进行了研究，最低制冷温度已达140，能量利用率比传统冰箱高13。1997年，美国 Ames实验室设计出磁冰箱原型，其制冷装置可简单地用图11-15 表示。一转轮满载顺磁性物质，高速旋转，其一侧有一强大磁场，顺磁性物质转入磁场为状态A，转出磁场为状态B，即： AB。 “”表示未成对电子。回答下列问题：（1）从能量角度定性地解释：磁制冷物质发生AB 的状态变化为什么会引起冰箱制冷？不要忘记指出磁场是在冰箱内还是在冰箱外。（ 2） Ames 实验室的磁致冷物质最早为稀土金属钆（Gd ） ，后改为其合金，其通式为514GdSi Gexx，最近又研究了以2MA为通式的合金，A为铝、钴或镍。根据原子结构理论，Gd 应为元素周期表第几号元素？为什么？（3）简述开发磁冰箱的意义。本题答案为：（1）当磁冰箱在A状态时，未成对电子排列有序，内能低；而在B状态时，排列无序，内能高。因此由AB 时，要吸收能量，此时制冷，反之，放出能量。磁铁在冰箱外。（2）钆（ Gd ）电子排布式为：712Xe 4f 5d 6s ，有未成对电子数8 个。（3）取代了含氟冰箱，替代了制冷剂氟利昂，从而保护了臭氧层。2钇（Y）元素是激光和超导的重要材料。我国蕴藏有丰富的含钇矿石（2210Y FeBe Si On） ，其中 Be与Al相似，具有两性。现取9.36g 矿样与过量的NaOH 共熔，反应后加适量的水溶解过滤，滤渣中有3Y OH、23Fe O （反应中 Fe由2价变为3价） ，滤液中有23Na SiO 、22Na BeO等。将滤液配成1L溶液，测得其 pH 为 13，往此溶液中加入2.3mol / L 盐酸 200mL ，得混合溶液的 pH 为 1，并有硅酸析出。试计算n值和钇（Y）元素的相对原子质量（假设反应中溶液体积变化忽略不计） 。本题答案为：（1）2210Y FeBe Si On写成氧化物形式：232BeO 2SiOFeO Y On，2n，钇为3价； （2）89。3镧（ La ）是一种活泼性比锌更强的稀土元素，它的氧化物分子式为23La O ，3La OH是不溶于水的碱；而3LaCl 、33La NO都溶于水。现有下列几种组合名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - - 2 - 23La OHCl LaHCl3La OHHCl3NaClLa OH2LaCl23La OKCl能直接制得3LaCl 的反应是（） 。ABCD解析：3La OH是不溶于水的物质，碱与盐反应时，反应物必须都溶于水，所以不能直接反应制取3LaCl ，故错误；23La O 与 KCl 不能发生反应，不能制取3LaCl ，错误。本题答案为选项B。4镧系元素的含水氯化物32LaClH On，加热脱水时，易发生水解。为了制得无水3LaCl ，常常加入的脱水剂为（） 。A HCl （气流）B4NH Cl （固体）C25PO （固体）D浓24H SO解析：为了抑制脱水过程中产物发生水解，脱水可在氯化氢气流中或在氯化铵的存在下进行，如果有氯氧化物生成，可按照下式反应消除：32LaOCl2HClLaClH O ；4332LaOCl2NH ClLaCl2NHH O 。本题答案为选项A、B。5我国拥有世界上最大的稀土矿，品位甚高。若以Re表示稀土元素，则向Re的硫酸盐溶液中 加 入 粉 状 的24Na SO， 可 以 使 稀 土 元 素 转 为 沉 淀 ， 反 应 的 化 学 方 程 式 为242422424233ReSONa SOH OReSONa SOH Oxx（1x，2） 。下列有关叙述中正确的是（） 。A该反应为复分解反应B该反应一定在强碱溶液中进行C产生的沉淀物为复盐D产生的沉淀物一定是难溶性物质解析：根据复分解反应定义可知选项A错误；在强碱溶液中稀土元素会形成沉淀，所以选项B错误；该复盐在特定条件下是沉淀，但是不一定代表它是难溶性物质，比如在侯德榜制碱法中生成了碳酸氢钠沉淀，但是碳酸氢钠不是难溶性物质。本题答案为选项C、A。6 将 5 m L0 . 1 m o lL 氯化铈（ CeClx） 溶液分别注入7 支各盛有不同体积 （分别是2mL、4mL、6mL 、 8mL 、10mL 、12mL、14mL） 0.25mol / L 硝酸银溶液的试管中。右图表示生成氯化银沉淀的质量与所用硝酸银溶液体积的关系。则化学式中x的值是（） 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - - 3 - A1 B2 C3 D4 解析：由图可知：加入大于 8mL3AgNO， 不再有沉淀生成， 说明 5mL 0.1molL/氯化铈（ CeClx）会与 8mL3AgNO正好反应。本题答案为选项D。7稀土元素是指元素周期表中_族中的 _种金属元素。我国有世界上最丰富的稀土矿资源， 稀土元素是钇 （Y）和镧系元素的总和，它们在化合物中最稳定的价态是3价。稀土化合物的二氧化铈（2CeO ）是强氧化剂，它与硫酸在水溶液中反应的化学方程式是_。本题答案为：B；17；224242234CeO6H SO2CeSOO6H O 。8为什么镧系元素的氧化物23Ln O 不具有同23Al O 一样的酸性？本题答案为：镧系元素位于元素周期表的下方且都处于B族，因此它们的碱性比铝强（因为其原子半径大，更易失去价电子）。9在镧系元素中哪个3价离子最易与二氯化铬反应？其产物是什么？并解释原因。本题答案为：镧系元素中最易与强还原剂反应的是具有稳定的2价的元素Sm 、 Eu 和Yb 。10大量研究证明：稀土离子对植物具有促进生根发芽、增加叶绿素含量、增强光合作用强度、改善植物对大量营养元素吸收的作用，从而促进作物对干物质的积累，使其产量和质量得到提高与改进。目前有关稀土元素对植物光合作用机理的研究取得了一些新进展。我国科学家通过研究提出一种机理是，稀土离子替代镁离子而配位到叶绿素（见图1）的卟啉环上，形成叶绿素a稀土配合物。已合成了镨叶绿素a（Pr Chla ） （见图 2） ，并证明Pr Chla具有双层夹心结构。Pr（）夹于两个卟啉环之间，与上下卟啉环上共8 个 N 原子配位，Pr N 键平均键长为0.242 nm 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - - 4 - 元素名称、离子镁、2Mg镧、3La铈、3Ce镨、3Pr钐、3Sm钙、2Ca离子半径 （pm）66 106.1 103.4 101.3 96.4 99 一些元素的离子半径如上表所示。有专家提出上述夹心物形成除它们的激发态能量与叶绿素配体三重态能量相当，能量转移效率较高因素外，还与元素的离子势（即离子吸引电子的能力）相关，离子势与离子电荷成正比，与离子半径成反比。请根据本题所给信息和上表中数据，回答下列问题：（1）专家首先选择元素3Pr替代2Mg，且获得了成功，请简述首选3Pr的原因；（2）植物体内有大量钙元素，钙和镁同族，简述2Ca是否容易形成钙叶绿素(CaChla)a？本题答案为：（1）3Pr与2Mg的离子势最接近，分别为2.962 和 3.030 。（2）钙和镁虽属同族元素，但离子势相差较大，吸引电子能力及成键能力有差别。故不易取代叶绿素中镁。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -