Question

【題目】著名化學(xué)家徐光憲在稀土化學(xué)等領(lǐng)域取得了卓越成就，被譽(yù)為“稀土界的袁隆平”。稀土元素包括鈧、釔和鑭系元素。請(qǐng)回答下列問題：

(1)寫出基態(tài)二價(jià)鈧離子(Sc2+)的核外電子排布式____，其中電子占據(jù)的軌道數(shù)為 ____。

(2)在用重量法測(cè)定鑭系元素和使鑭系元素分離時(shí)，總是使之先轉(zhuǎn)換成草酸鹽，然后經(jīng)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(shù)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(xué)式_______。

③HCI和H2O可以形成相對(duì)穩(wěn)定的水合氫離子鹽晶體，如HCl2H2O，HCl2H2O中含有H5O2+，結(jié)構(gòu)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(shù)為21～25的元素的最高正化合價(jià)：

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

對(duì)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(jià)，你發(fā)現(xiàn)的規(guī)律是___________

(4)PrO2(二氧化鐠)的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF2相似，晶胞中Pr(鐠)原子位于面心和頂點(diǎn)。假設(shè)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(shù)的值，不必計(jì)算出結(jié)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(jià)數(shù)值等于各元素基態(tài)原子的最高能層s電子和次高能層d電子數(shù)目之和

【解析】

(1)Sc(鈧)為21號(hào)元素，1s22s22p63s23p63d14s2，據(jù)此寫出基態(tài)Sc2+核外電子排布式；s、p、d能級(jí)分別含有1、3、5個(gè)軌道，基態(tài)Sc2+的核外電子3d軌道只占了一個(gè)軌道，據(jù)此計(jì)算Sc2+占據(jù)的軌道數(shù)；

(2)①根據(jù)雜化軌道理論進(jìn)行分析；根據(jù)共價(jià)鍵的類型結(jié)合該分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算；

②根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論分析H2O的分子空間構(gòu)型；等電子體是原子數(shù)相同，電子數(shù)也相同的物質(zhì)，據(jù)此寫出與之為等電子體的陰離子；

③HCl2H2O中含有H5O2+，結(jié)構(gòu)為，據(jù)此分析該粒子存在的作用力；

(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，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(jià)數(shù)值等于各元素基態(tài)原子的最高能層s電子和次高能層d電子數(shù)目之和；

(4)根據(jù)均攤法進(jìn)行計(jì)算該晶胞中所含粒子的數(shù)目，根據(jù)密度=進(jìn)行計(jì)算。

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

(2)①H2C2O4的結(jié)構(gòu)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(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵，所以σ鍵和π鍵數(shù)目之比為：7:2，故答案為：sp2雜化；7:2；

②H2O中O原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)，且含有兩個(gè)2個(gè)孤對(duì)電子，所以H2O的VSPER模型為四面體形，分子空間構(gòu)型為V形，等電子體是原子數(shù)相同，電子數(shù)也相同的物質(zhì)，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(jié)構(gòu)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(jù)表中數(shù)據(jù)，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(jià)數(shù)值等于各元素基態(tài)原子的最高能層s電子和次高能層d電子數(shù)目之和，故答案為：五種元素的最高正化合價(jià)數(shù)值等于各元素基態(tài)原子的最高能層s電子和次高能層d電子數(shù)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(duì)角線的，則該晶胞的晶胞參數(shù)，每個(gè)晶胞中占有4個(gè)“PrO2”，則該晶胞的質(zhì)量為，根據(jù)可得，該晶體的密度為：，故答案為： 。