Question

1．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．回答下列问题；
（1）钪（Sc）元素的原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²．钬（Ho）的基态原子电子排布式为[Xe]4f¹¹6s²，一个基态钛原子所含的未成对电子数为2．

（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Ce．
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共价键和配位键．
（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sp³，1mol　CH₂=CH₂中含有的σ键数目为5N_A．
（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8个氧原子．
（6）Ce（铈）单质为面心立方晶体，晶胞参数为a=516pm．晶胞中Ce（铈）原子的配位数为12，列式表示Ce（铈）单质的密度：$\frac{4×140}{6.02×1{0}^{23}×（516×1{0}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm^-3（不必计算出结果）

Answer 1

分析 （1）钪为21号元素，核外电子层排布为2、8、9、2，钛为22号元素，核外电子层排布为2、8、10、2，据此答题；
（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，根据表中数据判断；
（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；
（5）CaF₂晶胞如图中，则图中Y为镨原子，X为氧原子，据此判断晶胞中氧原子数；
（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，根据ρ=$\frac{m}{V}$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，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²，钛为22号元素，电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，故未成对电子数为2，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²；2；
（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，
故答案为：sp³；5N_A；
（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=$\frac{m}{V}$可知，密度为4M/N_A×a³g•cm^-3，即为$\frac{\frac{4×M}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$=$\frac{4×140}{6.02×1{0}^{23}×（516×1{0}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：12；$\frac{4×140}{6.02×1{0}^{23}×（516×1{0}^{-10}）{\;}^{3}}$．

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．