第10章习题 1 简要回答问题 (1) 什么叫稀土元素? 什么叫镧系元素? 答：参见本书10.1节《概述》。 (2) 镧系收缩的原因是什么? 简述镧系收缩造成的影响。 答：关于镧系收缩的原因参见本书10.1.2节《原子半径和离子半径》。 由于镧系收缩的影响，使第二、三过渡系的Zr和Hf、Nb与Ta、Mo与W三对元素的半径相近，化学性质相似，分离困难。 (3) 为什么Eu、Yb原子半径比相邻元素大? 而Ce又小? 答：① Eu、Yb元素参与形成金属键的电子数为2，Ce为3.1，其余为3.0； ② Eu、Yb具碱土性； ③ Eu、Yb的f7、f14的半充满和全充满的结构能量低、稳定、屏蔽大，核对外面的6s电子吸引较弱。 (4) 为什么镧系元素的电子结构在固态和气态不同? 解：参见本书10.1.1节《镧系元素的价电子层结构》。 (5) 镧系离子的电子光谱同d区过渡金属离子相比有何不同? 为什么? 解：除La3＋、Lu3＋离子的4f电子层是全空(4f0)和全满(4f14)之外，其余Ln3＋离子4f轨道上的电子数由1到14，这些电子可以在7条4f简并轨道上任意排布，这样就会产生各种光谱项和能级。4f 电子在不同能级间跃迁可以吸收或发射从紫外经可见直至红外区的各种波长的电磁辐射。通常具有未充满的4f电子壳层的原子或离子，可以观察到的光谱线大约有30 000条，而具有未充满d电子壳层的过渡金属元素的谱线约有7 000条。 在理论上，f→f跃迁产生的谱线强度不大。但是某些f→f跃迁的吸收带的强度，随镧系离子周围环境的变化而明显增大(这种跃迁称为超灵敏跃迁)。这可能是由于配体的碱性、溶剂的极性、配合物的对称性以及配位数等多种因素的影响，亦即离子周围环境的变化，再加上镧系离子本身的性质等诸因素的综合作用所引起的。镧系离子的吸收谱带范围较广且镧系离子光谱谱带狭窄，表明电子跃迁时并不显示激发分子振动，狭窄的谱带意味着电子受激发时分子势能面几乎没有变化，这与f 电子与配体只存在弱相互作用相一致。镧系离子光谱还有一个特征是化合物的吸收光谱和自由离子的吸收光谱基本一样，都是线光谱，这是由于4f轨道外面的5s2、5p6电子层的屏蔽作用，使4f轨道受化合物中其他元素或基团的势场(晶体场或配体场)影响较小的缘故，而d区过渡元素化合物的光谱，由于受势场影响，吸收光谱由气态自由离子的线状光谱变为化合物和溶液中的带状光谱。 (6) 镧系离子的磁性变化有什么规律性? 答：参见本书10.2.3节《镧系元素的磁学性质》。 2 试总结本章所介绍的镧系元素在性质上变化的规律性，并讨论其原因。 答：参见本书10.3节《镧系元素性质递变的规律性》中的单向变化、Gd断效应、峰谷效应(双峰效应)、奇偶变化、周期性变化、三分组效应、四分组效应、双－双效应和斜W效应。 3 结合实际情况讨论镧系元素的应用。 解：主要用于炼钢的除氧剂和除硫剂，改善钢铁的结构和可塑性。也用来制造完全无色或带有各种色彩的高级玻璃，例如在玻璃中加入Ce(Ⅳ)化合物不仅可以使其脱色，而且可防止紫外线和红外线的透过；加入氧化镧的玻璃，由于折射率增加的同时色散率减少，因而具有优良的光学性能，可以用来改进摄影机镜头的质量，扩大视场角，提高鉴别本领。 用镧系元素制得的Nd－Fe－B和Sm－Co磁性材料，磁性极强。 镧系元素有着特异的电子结构和线状发光性质，可产生高效率的激光，如掺有钕的玻璃就是一种很好的激光材料。 162
第九章过渡金属元素（I） §9—1 过渡金属元素的通性 1—1 过渡金属元素在周期表中的位置及价电子层结构 d区 IIIB—VIIIB.过渡金属元素d区（n-1）1—9ns1—2 46 Pd 4d105s0. 共计25种元素外过渡金属元素内过渡金属元素 f区（n-2）f1—14（n-1）d0—1ns2共计30种元素（57—71） IIIB---VIIIB Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni 第一过渡金属元素 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd 第二过渡金属元素 La Ac Hf Ta W Re Os Ir Pt 第三过渡金属元素（57—71） La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd （64 4f145d06s2） Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 1—2 过渡金属元素的重要特征 1. 它们都是金属元素，均具有较强的还原能力. 2. 同一种金属元素具有多变的氧化数.Cr +6，+3，+2，0“+2氧化 数”是特征的Mn +7，+6，+4，+3，+2，0.另外：第四周期第一 过渡金属元素高氧化数的化合物具有强氧化性，低氧化性稳定. 第二、三过渡金属高氧化数化合物稳定. 3. 水合离子或含氧酸根离子具有较深的颜色 前者是d—d轨道跃迁.（La系元素是f—f轨道）跃迁所致, 后者是电荷跃迁所致.何为电荷跃迁，它是如何形成的？[问题1] （极化效应） 4．过渡金属原子元素或离子易形成配合物——这是过渡金属元素最重要的成键特征. 1—3. 过渡金属元素的离子半径和原子半径. 由于La系收缩现象的产生.使IIIB族中的Sc、Y与15种La系元素
第十章常见金属元素及其化合物 一、学习目的 本章主要介绍金属的通性、碱(土)金属的化合物的主要性质；还简明介绍重要过渡金属及其化合物的性质及变化规律，为分析化学、药物分析等后续课程的学习打好基础。 知识要求 1．掌握金属的通性；掌握碱(土)金属单质及化合物的性质；掌握重要过渡金属的物理和化学性质。 2．熟悉金属的氧化物、氢氧化物、盐的主要性质。 3．了解一般过渡金属及其化合物的性质。 能力要求 熟练掌握重要金属及化合物的性质，学会一些常用单质及化合物的状态、颜色、稳定性、溶解性等性质在实验中的应用。学会从特殊到一般的科学探究方法，初步掌握物质之间的内在联系和普遍规律。 二、重点串解 本章主要介绍金属的通性；碱（土）金属及其重要化合物的主要性质和重要应用；过渡金属元素及其化合物的性质及变化规律，是今后学习分析化学和药物分析等课程的基础。 （一）金属 1．通性 金属单质都能形成晶体结构，金属呈电中性。
2．碱金属：氧化物及其水合物呈碱性。 化合物过氧化物硫代硫酸钠与水反应 与稀硫酸反应 还原剂配位剂2Na 2O 2 + 2H 2O 4NaOH + O 2Na 2O 2 + H 2SO 4(稀）Na 2SO 4 + H 2O 22Na 2S 2O 3 + I 2Na 2S 4O 6 + 2NaI 2AgBr ＋2Na 2S 2O 3＝NaBr ＋Na 3［Ag(S 2O 3)2］2H 2O 22H 2O + O 2与二氧化碳反应2Na 2O 2 + 2CO 22Na 2CO 3 + O 2 焦亚硫酸钠是很好的抗氧化剂。 3．碱土金属：氧化物和某些水合物呈碱性且难溶于水。 （土性：包含两方面，一是难溶于水，二是难以熔化）
本部分内容集中出现在选修三物质的结构与性质， 主要考察的知识点有： 1、原子或离子的电子排布式； 2、分子的结构（特别是配合物结构的考察）； 3、中心离子的配位数； 4、含有过渡元素晶体的密度和化学式的考察。 1．[物质结构与性质]K4[Fe（CN）6]强热可发生反应： 3 K4[Fe（CN）6] 2 （CN）2↑+12 KCN +N2↑+ Fe3C + C （1）K4[Fe（CN）6]中Fe2+的配位数为（填数字）；Fe2+基态外围电子排布式为。 （2）（CN）2分子中碳原子杂化轨道类型为；1molK4[Fe （CN）6]分子中含有 键的数目为。 （3）O 与CN 互为等电子体，则O 的电子式为。
（4）Fe3C的晶胞结构中碳原子的配位数为6，碳原子与紧邻的铁原子组成的空间构型为。 2．芦笋中的天冬酰胺(结构如右图)和微量元素硒、铬锰等，具有提高身体免疫力的功效。 （1）天冬酰胺所含元素中， (填元素名称)元素基态原子核外未成对电子数最多。 （2）天冬酰胺中碳原子的杂化轨道类型有种。 （3）H2S和H2Se的参数对比见下表。 ①H2Se的晶体类型为，含有的共价键类型 为。 ②H2S的键角大于H2Se的原因可能为。 （4）已知铝(Mo)位于第五周期VIB族，钼、铬、锰的部分电离能如下表所示
A是 (填元素符号)，B的价电子排布式 为。 3．由徐光宪院士发起、院士学子同创的《分子共和国》科普读物最近出版了，全书形象生动地戏说了BF3、TiO2、HCHO、N2O、二茂铁、NH3、HCN、H2S、O3、异戊二烯和萜等众多“分子共和国”中的明星。 （1）写出Fe3+的基态核外电子排布 式。 （2）HCHO分子中碳原子轨道的杂化轨道类型为；1mol HCN 分子中含有σ键的数目为__________mol。 （3）N2O的空间构型为，与N2O互分等电子体的一种离子为。 （4）TiO2的天然晶体中，最稳定的一种晶体结构如下图，则黑球表 示原子。 4．我国部分城市灰霾天占全年一半，引起灰霾的PM2.5微细粒子包含 （NH4）2SO4、NH4NO3，有机颗粒物及扬尘等。通过测定灰霾中锌等重金属的含量，可知目前造成我国灰霾天气主要是交通污染。