Question

【題目】著名化學家徐光憲在稀土化學等領域取得了卓越成就，被譽為“稀土界的袁隆平”。稀土元素包括鈧、釔和鑭系元素。請回答下列問題：

(1)寫出基態二價鈧離子(Sc2+)的核外電子排布式____，其中電子占據的軌道數為 ____。

(2)在用重量法測定鑭系元素和使鑭系元素分離時，總是使之先轉換成草酸鹽，然后經過灼燒而得其氧化物，如2LnCl3+3H2C2O4+nH2O=Ln2(C2O4)3nH2O+6HCl。

①H2C2O4中碳原子的雜化軌道類型為____；1 mol H2C2O4分子中含σ鍵和π鍵的數目之比為 ___。

②H2O的VSEPR模型為 ___；寫出與H2O互為等電子體的一種陰離子的化學式_______。

③HCI和H2O可以形成相對穩定的水合氫離子鹽晶體，如HCl2H2O，HCl2H2O中含有H5O2+，結構為，在該離子中，存在的作用力有___________

a.配位鍵 b.極性鍵 c.非極性鍵 d.離子鍵 e.金屬鍵 f氫鍵 g.范德華力 h.π鍵 i.σ鍵

(3)表中列出了核電荷數為21～25的元素的最高正化合價：

元素名稱	鈧	鈦	釩	鉻	錳
元素符號	Sc	Ti	V	Cr	Mn
核電荷數	21	22	23	24	25
最高正價	+3	+4	+5	+6	+7

對比上述五種元素原子的核外電子排布與元素的最高正化合價，你發現的規律是___________

(4)PrO2(二氧化鐠)的晶胞結構與CaF2相似，晶胞中Pr(鐠)原子位于面心和頂點。假設相距最近的Pr原子與O原子之間的距離為a pm，則該晶體的密度為_____gcm-3(用NA表示阿伏加德羅常數的值，不必計算出結果)。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d1 10 sp2雜化 7:2 四面體形 NH2- abfi 五種元素的最高正化合價數值等于各元素基態原子的最高能層s電子和次高能層d電子數目之和

【解析】

(1)Sc(鈧)為21號元素，1s22s22p63s23p63d14s2，據此寫出基態Sc2+核外電子排布式；s、p、d能級分別含有1、3、5個軌道，基態Sc2+的核外電子3d軌道只占了一個軌道，據此計算Sc2+占據的軌道數；

(2)①根據雜化軌道理論進行分析；根據共價鍵的類型結合該分子的結構進行分析計算；

②根據價層電子對互斥理論分析H2O的分子空間構型；等電子體是原子數相同，電子數也相同的物質，據此寫出與之為等電子體的陰離子；

③HCl2H2O中含有H5O2+，結構為，據此分析該粒子存在的作用力；

(3)根據表中數據，分別寫出Sc、Ti、V、Cr、Mn的外圍電子排布式為：3d14s2、3d24s2、3d34s2、3d54s1、3d54s2，則有五種元素的最高正化合價數值等于各元素基態原子的最高能層s電子和次高能層d電子數目之和；

(4)根據均攤法進行計算該晶胞中所含粒子的數目，根據密度=進行計算。

(1)Sc(鈧)為21號元素，基態Sc2+失去兩個電子，其核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d1，s、p、d能級分別含有1、3、5個軌道，但基態Sc2+的核外電子3d軌道只占了一個軌道，故共占據1×3+3×2+1=10個，故答案為：1s22s22p63s23p63d1；10；

(2)①H2C2O4的結構式為，含碳氧雙鍵，則碳原子的雜化軌道類型為sp2雜化，分子中含有7個σ鍵、2個π鍵，所以σ鍵和π鍵數目之比為：7:2，故答案為：sp2雜化；7:2；

②H2O中O原子的價層電子對數，且含有兩個2個孤對電子，所以H2O的VSPER模型為四面體形，分子空間構型為V形，等電子體是原子數相同，電子數也相同的物質，因此，與H2O互為等電子體的陰離子可以是NH2-，故答案為：四面體形；NH2-；

③HCl2H2O中含有H5O2+，結構為，存在的作用力有：配位鍵、極性鍵、氫鍵和σ鍵，故答案為：abfi；

(3)根據表中數據，分別寫出Sc、Ti、V、Cr、Mn的外圍電子排布式為：3d14s2、3d24s2、3d34s2、3d54s1、3d54s2，則有五種元素的最高正化合價數值等于各元素基態原子的最高能層s電子和次高能層d電子數目之和，故答案為：五種元素的最高正化合價數值等于各元素基態原子的最高能層s電子和次高能層d電子數目之和；

(4)由圖可知，相距最近的Pr原子和O原子之間的距離為該立方體晶胞的體對角線的，則該晶胞的晶胞參數，每個晶胞中占有4個“PrO2”，則該晶胞的質量為，根據可得，該晶體的密度為：，故答案為： 。