高三化学一轮复习第11章过渡元素第6节稀土元素简介习题详解(含解析)(实验班)

第六节 稀土元素简介

一、非选择题

1．2002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1

3

。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：A B ↑↑↑↑↑↑ƒ↓↑Z ^][。“↑”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A B ƒ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()514Gd Si Ge x x -，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A B →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 O n ），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 O n 写成氧化物形式：232BeO 2SiO FeO Y O n ⋅⋅⋅，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

①23La O HCl + ②La HCl + ③()3La OH HCl + ④()3NaCl La OH +

⑤2La Cl +

⑥23La O KCl +

能直接制得3LaCl 的反应是（ ）。 A ．①②③④

B ．①②③⑤

C ．②③⑤⑥

D ．①②③④⑤

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④错误；23La O 与KCl 不能发生反应，不能制取3LaCl ，⑥错误。 本题答案为选项B 。

4．镧系元素的含水氯化物32LaCl H O n ⋅，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）

B ．4NH Cl （固体）

C ．25P O （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： 32LaOCl 2HCl LaCl H O +→+；

4332LaOCl 2NH Cl LaCl 2NH H 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()()242422424233Re SO Na SO H O Re SO Na SO H O x x ++→⋅⋅↓（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5mL 0.1mol L ／氯化铈（CeCl x ）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（ ）。

A ．1

B ．2

C ．3

D ．4

解析：由图可知：加入大于8mL 3AgNO ，不再有沉淀生成，说明5mL 0.1mol L /氯化铈（CeCl x ）会与8mL 3AgNO 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：ⅢB ；17；()224242234CeO 6H SO 2Ce SO O 6H 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ⅢB 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 （Ⅲ）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0.242nm 。