第六節(jié)稀土元素簡(jiǎn)介一、非選擇題12002年世界上第一臺(tái)磁冰箱問世。磁冰箱的概念形成于1996年，美國(guó)、中國(guó)、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(guó)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出磁冰箱原型，其制冷裝置可簡(jiǎn)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(chǎng)，順磁性物質(zhì)轉(zhuǎn)入磁場(chǎng)為狀態(tài)，轉(zhuǎn)出磁場(chǎng)為狀態(tài)，即：?！啊北硎疚闯蓪?duì)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(huì)引起冰箱制冷？不要忘記指出磁場(chǎng)是在冰箱內(nèi)還是在冰箱外。（2）實(shí)驗(yàn)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(hào)元素？為什么？（3）簡(jiǎn)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(shí)，未成對(duì)電子排列有序，內(nèi)能低；而在狀態(tài)時(shí)，排列無(wú)序，內(nèi)能高。因此由時(shí)，要吸收能量，此時(shí)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(duì)電子數(shù)8個(gè)。（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(guó)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(jià)變?yōu)閮r(jià)），濾液中有、等。將濾液配成溶液，測(cè)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(jì)算值和釔（）元素的相對(duì)原子質(zhì)量（假設(shè)反應(yīng)中溶液體積變化忽略不計(jì)）。本題答案為：（1）寫成氧化物形式：，釔為價(jià)；（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)有下列幾種組合能直接制得的反應(yīng)是（ ）。ABCD解析：是不溶于水的物質(zhì)，堿與鹽反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)物必須都溶于水，所以不能直接反應(yīng)制取，故錯(cuò)誤；與不能發(fā)生反應(yīng)，不能制取，錯(cuò)誤。本題答案為選項(xiàng)B。4鑭系元素的含水氯化物，加熱脫水時(shí)，易發(fā)生水解。為了制得無(wú)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(xiàng)A、B。5我國(guó)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(xiàng)A錯(cuò)誤；在強(qiáng)堿溶液中稀土元素會(huì)形成沉淀，所以選項(xiàng)B錯(cuò)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(xiàng)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（ ）。A1B2C3D4解析：由圖可知：加入大于，不再有沉淀生成，說(shuō)明氯化鈰（）會(huì)與正好反應(yīng)。本題答案為選項(xiàng)D。7稀土元素是指元素周期表中_族中的_種金屬元素。我國(guó)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?cè)诨衔镏凶罘€(wěn)定的價(jià)態(tài)是價(jià)。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：；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族，因此它們的堿性比鋁強(qiáng)（因?yàn)槠湓影霃酱?，更易失去價(jià)電子）。9在鑭系元素中哪個(gè)價(jià)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(jià)的元素、和。10大量研究證明：稀土離子對(duì)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(duì)大量營(yíng)養(yǎng)元素吸收的作用，從而促進(jìn)作物對(duì)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(duì)植物光合作用機(jī)理的研究取得了一些新進(jìn)展。我國(guó)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)。（）夾于兩個(gè)卟啉環(huán)之間，與上下卟啉環(huán)上共8個(gè)原子配位，鍵平均鍵長(zhǎng)為0.242。元素名稱、離子鎂、鑭、鈰、鐠、釤、鈣、離子半徑（）66106.1103.4101.396.499一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(shì)（即離子吸引電子的能力）相關(guān)，離子勢(shì)與離子電荷成正比，與離子半徑成反比。請(qǐng)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(qǐng)簡(jiǎn)述首選的原因；（2）植物體內(nèi)有大量鈣元素，鈣和鎂同族，簡(jiǎn)述是否容易形成鈣葉綠素？本題答案為：（1）與的離子勢(shì)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(shì)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。