Question

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

 

，1mol CH₂=CH₂中含有的σ键数目为

 

．常温下，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 1

考点：位置结构性质的相互关系应用

专题：元素周期律与元素周期表专题

分析：（1）钪为21号元素，核外电子层排布为2、8、9、2，故M能层电子数为9；在f能级中有7个轨道，而镝的基态原子在f能级只排布了10个电子，故未成对电子数为4；
（2）第四电离能与第一电离能、第二电离能、第三电离能相差越小，第四个电子越容易失去，+4价的可能性越大，在上述表中Ce的I₁+I₂+I₃和I₄最接近，故应为Ce元素；
（3）离子化合物 Na₃[Sc（OH）₆]中含有羟基与Sc的配位键，羟基中的氢氧元素之间的共价键．
（4）在ICH₂CH₂I分子中碳原子只形成了单键，有四个单键，故碳原子杂化轨道类型为sp³；1个CH₂=CH₂分子中含有5个σ键，故1mol CH₂=CH₂中含有的σ键数目为5N_A；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，所以二碘乙烷在常温下为液体．
（5）在晶胞中，Y为镨原子，X为氧原子，可以看到，氧原子在晶胞的内部，故此晶胞中应有8个氧原子．
（6）Ce（铈）单质为面心立方晶体，以晶胞顶点的铈原子为例，与之距离最近的铈原子分布在经过该顶点的所有立方体的面心上，这样的面有12个，晶胞中铈原子位于顶点和面心，数目为8×1/8+6×1/2=4，该晶胞体积为a³，该晶胞的质量为4M/N_A，根据ρ=

m

V

可求得密度．

解答： 解：（1）钪为21号元素，核外电子层排布为2、8、9、2，故M能层电子数为9；在f能级中有7个轨道，而镝的基态原子在f能级只排布了10个电子，故未成对电子数为4，
故答案为：9；4；
（2）第四电离能与第一电离能、第二电离能、第三电离能相差越小，第四个电子越容易失去，+4价的可能性越大，在上述表中Ce的I₁+I₂+I₃和I₄最接近，故应为Ce元素，
故答案为：Ce；
（3）离子化合物 Na₃[Sc（OH）₆]中含有羟基与Sc的配位键，羟基中的氢氧元素之间的共价键，故答案为：共价键和配位键；
（4）在ICH₂CH₂I分子中碳原子只形成了单键，有四个单键，故碳原子杂化轨道类型为sp³；1个CH₂=CH₂分子中含有5个σ键，故1mol CH₂=CH₂中含有的σ键数目为5N_A；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，所以二碘乙烷在常温下为液体，
故答案为：sp³；5N_A；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）在晶胞中，Y为镨原子，X为氧原子，可以看到，氧原子在晶胞的内部，故此晶胞中应有8个氧原子，
故答案为：8；
（6）Ce（铈）单质为面心立方晶体，以晶胞顶点的铈原子为例，与之距离最近的铈原子分布在经过该顶点的所有立方体的面心上，这样的面有12个，晶胞中铈原子位于顶点和面心，数目为8×1/8+6×1/2=4，该晶胞体积为a³，该晶胞的质量为4M/N_A，根据ρ=

m

V

可知，密度为4M/N_A×a³g?cm^-3，即为

4×M NA

a3

=

4×140

6.02×1023×(516×10-10)3

g?cm^-3，
故答案为：12；

4×140

6.02×1023×(516×10-10)3

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点评：本题主要考查了核外电子排布、电离能、化学键、晶胞的结构和晶胞的计算等知识，中等难度，答题时注意物质结构的基础知识的灵活运用．