【精选】《稀土化学》复习纲要.doc

《稀土化学》复习题要 1. 写出17种稀土元素的原子电子组态和三价离子电子组态，并分析其规律。 原子序数 名称 符号 电子组态 原子 RE3+ 21 39 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 钪 钇 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥 Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu [Ar]3d14s2 [Kr]4d15s2 [Xe]5d16s2 [Xe]4f 15d16s2 [Xe]4f 36s2 [Xe]4f 46s2 [Xe]4f 56s2 [Xe]4f 66s2 [Xe]4f 76s2 [Xe]4f 75d16s2 [Xe]4f 96s2 [Xe]4f 106s2 [Xe]4f 116s2 [Xe]4f 126s2 [Xe]4f 136s2 [Xe]4f 146s2 [Xe]4f 145d16s2 [Ar] [Kr] [Xe] [Xe]4f 1 [Xe]4f 2 [Xe]4f 3 [Xe]4f 4 [Xe]4f 5 [Xe]4f 6 [Xe]4f 7 [Xe]4f 8 [Xe]4f 9 [Xe]4f 10 [Xe]4f 11 [Xe]4f 12 [Xe]4f 13 [Xe]4f 14 解：如表： 稀土原子的电子组态有三种类型： ①无4f电子组态：钪Sc [Ar]3d14s2；钇Y[Kr]4d15s2；镧La[Xe]5d16s2 ②[Xe]4f n5d16s2组态（n=1，7，14[Xe]4f n组态（n=3～7，9～14）：镨Pr；钕Nd；钷Pm；钐Sm；铕Eu；铽Tb；镝Dy； 钬Ho；铒Er；铥Tm；镱Yb 稀土三价离子的电子组态有二种类型： ①惰性气体组态：Sc 3+[Ar]；Y3+[Kr]；La3+[Xe] ②[Xe]4f n组态（n=1～14）：Ce3+；Pr3+；Nd3+；Pm3+；Sm3+；Eu3+；Gd3+；Tb3+；Dy3+；Ho3+； Er3+；Tm3+；Yb3+；Lu3+ 2. 什么是单向变化？并解释为何出现单向变化？ 答：单向变化是指镧系元素的性质随原子序数增大而逐渐变化(如逐渐增大或减小等)的现象。 原因是镧系元素的4f亚层的电子随原子序数增大从0～14单调增大，而f电子云较分散，对所增加的核电荷不能完全屏蔽，有效核电荷呈单调增加，对外层电子的引力也单调增强，从而使镧系元素的性质呈单调变化趋势。 3. 什么是钆断效应？并解释为何出现钆断效应？ 答：钆断效应是指镧系元素的性质随原子序数的增大而呈现单调变化的关系中，在钆附近出现不连续的现象。 原因是钆具有半充满的4f 7电子结构，屏蔽能力略有增加，有效核电荷略有减少，对外层电子吸引力稍弱，从而产生了钆断效应。 4. 什么是镧系收缩？产生的原因是什么？ 答：镧系收缩是指镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数的增加而依次减小的现象。 原因是随着原子序数的增大，电子逐一填入4f亚层，f电子云较分散，对所增加的核电荷不能完全屏蔽，有效核电荷增加，对外层电子的引力也相应增加，使电子云更靠近核，造成了半径逐渐减小而产生了所谓的镧系收缩效应。 5. 什么是双峰效应？并加以解释。 答：双峰效应是指镧系元素的性质随原子序数的增大而呈现单调变化的关系中，在铕和镱处出现峰值或谷底的现象。 原因是铕和镱的4f亚层电子处于半充满和全充满的稳定状态，在晶格中只能提供最外层6s亚层的两个电子形成金属键，从而比金属键为3电子的其它稀土元素的原子半径大得多。 6. 计算出17种稀土元素二价和三价离子的基谱项和基谱支项。 解： 如表1：稀土元素二价离子的基谱项和基谱支项 符号 RE2+电子组态 S L J 基谱项 基谱支项 S=|Ms| L=|Ml| J=|L±S| Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu [Ar]3d1 [Kr]4d1 [Xe]5d1 [Xe]4f 2 [Xe]4f 3 [Xe]4f 4 [Xe]4f 5 [Xe]4f 6 [Xe]4f 7 [Xe]4f 75d1 [Xe]4f 9 [Xe]4f 10 [Xe]4f 11 [Xe]4f 12 [Xe]4f 13 [Xe]4f 14 [Xe]4f 146s1 1/2 1/2 1/2 1 3/2 2 5/2 3 7/2 4 5/2 2 3/2 1 1/2 0 1/2