最新1415年稀土复习思考题.docx
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最新1415年稀土复习思考题
13年《稀土材料化学》复习思考题
1、什么叫稀土?
写出所有稀土元素的名称及符号。
答:
我们把位于元素周期表的第三副族,包括钪(Sc,)、钇(Y,)和镧系元素[包括镧(La,))、铈(Ce,)、镨(Pr,)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)]的十七种元素总称为稀土元素。
2、可以从哪几个方面来可以描述一个电子的运动状态?
原子核外电子排布需要遵守哪几个原理?
答:
一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述,即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向、电子的自旋方向。
它们还要遵守能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。
对于多电子元素,还要考虑钻穿效应和屏蔽效应。
能量最低原理:
电子在原子核外排布时,要尽可能使电子的能量最低。
保里不相容原理:
在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在,即每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子
洪特规则:
一、电子在原子核外排布时,将尽可能分占不同的轨道,且自旋平行;
二、对于同一个电子亚层,当电子排布处于全满、半满全空时比较稳定。
3、什么叫屏蔽效应、钻穿效应?
答:
由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷,从而引起有效核电荷的降低,削弱了核电荷对该电子的吸引,这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应
在原子核附近出现的概率较大的电子,可更多地避免其余电子的屏蔽,受到核的较强的吸引而更靠近核,这种进入原子内部空间的作用叫做钻穿效应。
4、写出稀土元素的电子层排布通式及镧、钪、钆、铥、铽、镝、铈等元素的核外电子排布方式。
答:
稀土元素的电子层排布通式:
【Xe】4fx5d0-16s2
镧、原子序数57,电子排布方式:
【Xe】5d16s2
钪、原子序数21,电子排布方式:
【Ar】3d14s2
钆、原子序数64,电子排布方式:
【Xe】4f75d16s2
铥、原子序数69,电子排布方式:
【Xe】4f136s2
铽、原子序数65,电子排布方式:
【Xe】4f96s2
镝、原子序数66,电子排布方式:
【Xe】4f106s2
铈、原子序数58,电子排布方式:
【Xe】6s24f15d1
5、稀土电子结构具有哪几个显著特点?
答:
第一,所有稀土原子最外层都是s2结构,这就决定所有稀土金属都是活泼金属;
第二,次外层具有nd0~1ns2np6结构
第三、从铈到镥,电子开始填充在倒数第三层的4f轨道上。
这种填充方式,使得从镧到镥,最外层和次外层电子结构基本相同,只是倒数第三层上4f电子数不同。
6、什么叫镧系收缩?
其特点和结果如何?
答:
镧系收缩是指从镧到镥随着原子序数的增加,它们的原子半径、离子半径均逐渐减小的现象。
镧系收缩的特点:
1、根据电子组态的特点,随原子序数的增大,新增加的电子不是填充到最外层而是填入倒数第三层的4f轨道,它比6S和5S、5P轨道对核电荷有较大的屏蔽效应,故最外层的电子受核的引力只是缓慢增加,从而导致原子半径呈缓慢缩小的趋势;
2、离子比原子少一电子层,失去最外层6S电子后,处于倒数第二层的4f轨道对核的屏蔽作用减小,因此离子半径的收缩比原子半径明显得多。
镧系收缩结果:
处于第三周期的钪离子Sc3+半径接近镥离子Lu3+,钇离子Y3+半径落在Er3+之下,在铕离子Eu3+附近,因此自然界中钪、钇常同镧系元素铒共生,成为稀土元素的成员。
镧系收缩使它后面各族过渡元素的原子半径和离子半径分别与同族上面一个元素极为接近,例如、ⅣB族中的锆(Zr,镧系之前)和铪(Hf,镧系之后),ⅤB族中的铌(Nb,镧系之前)和钽(Ta,铪之后),ⅥB族中的钼(Mo,镧系之前)和钨(W,钽之后)以及ⅦB族中的锝Tc(镧系之前)和铼(Re,钨之后)的原子半径和离子半径很相近,化学性质相似,造成分离上的困难。
Zr和Hf,Nb和Ta在自然界矿物中共生,且彼此难于分离。
7、稀土元素是如何分组的?
答:
稀土元素分两组:
轻稀土(又称铈组)包括:
镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕。
重稀土(又称钇组)包括:
钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇。
8、常见的稀土元素的价态有哪些?
答:
常见的稀土元素的价态是+3价,另外还有+2、+4价存在。
9、稀土元素在矿物中是如何赋存的?
主要矿物有几种?
具有实际利用价值的矿物有几种?
请举三种最著名的矿物名称.
答:
稀土元素多以离子化合物形式赋存于矿物晶格中,呈配位多面体形式,其氧离子配位数一般为6~12。
它们在矿物中有三种赋存状态:
1)作为矿物的基本组成元素,稀土以离子化合物形式赋存于矿物晶格中,构成矿物的必不可少的成分。
2)作为矿物的杂质元素,以类质同象置换(钙、锶、钡、锰、锆、钍等)的形式,分散于造岩矿物和稀有金属矿物中。
3)呈离子状态被吸附于某些矿物的表面或颗粒间。
这类状态的稀土元素很容易提取。
主要工业价值的有50余种。
具有实际利用价值的矿物有10种左右
最主要的矿物有独居石、氟碳铈矿、磷灰石、磷钇矿石等。
10、请简述我国主要稀土资源矿藏有哪些?
稀土资源有哪些特点?
答:
有内蒙古白云鄂博特大型稀土矿床,山东微山稀土矿,江西、广东等地的风化淋积型(离子吸附型)稀土矿床、四川凉山“牦牛坪式”大型稀土矿床
全国稀土资源总量的98%分布在内蒙、江西、广东、四川、山东等地区,形成北、南、东、西的分布格局,并具有北轻南重的分布特点。
具体特点如下:
1储量大;②分布广;③类型多;④矿种全;⑤综合利用价值高。
11、简述白云鄂博矿的特点
答:
白云鄂博矿是一座世界罕见的多金属共生矿床,分布在东西长18公里,南北宽约3公里,总面积48平方公里的范围内。
现已探明矿体内蕴藏着160多种矿物,70多种元素。
矿物种类主要有铁、铌和稀土矿物。
其中铁矿储量9.5亿吨,铌矿储量519万吨,稀土矿工业储量3600万吨,占全世界的36%,占全国的90%以上,因而被誉为“稀土之乡”。
另外,还蕴藏着铜、石英石、莹石、磷灰石、软锰矿等多种矿物
12、什么叫稀土选矿?
常用稀土选矿方式有哪些?
答:
选矿是利用组成矿石的各种矿物之间的物理化学性质的差异,采用不同的选矿方法,借助不同的选矿工艺,不同的选矿设备,把矿石中的有用矿物富集起来,除去有害杂质,并使之与脉石矿物分离的机械加工过程。
稀土矿的选矿一般采用浮选法,并常辅以重选、磁选组成多种组合的选矿工艺流程
13、稀土冶炼的方法有哪些?
特点是什么?
答:
稀土冶炼方法有两种,即湿法冶金和火法冶金。
湿法冶金属化工冶金方式,全流程大多处于溶液、溶剂之中,湿法冶金流程复杂,产品纯度高,该法生产成品应用面广阔。
火法冶金工艺过程简单,生产率较高。
主要包括硅热还原法制取稀土合金,熔盐电解法制取稀土金属或合金,金属热还原法制取稀土合金等。
火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。
14、稀土精矿分解方法可以分为几类?
常用的分离方法有哪些?
答:
分解稀土精矿可分为三类,即酸法、碱法和氯化分解
稀土生产中采用的分离方法(湿法生产工艺)有:
(1)分步法;分步法是利用化合物在溶剂中溶解的难易程度(溶解度)上的差别来进行分离和提纯的。
(备注:
方法操作程序是将含有两种稀土元素化合物先以适宜溶剂溶解后,加热浓缩,溶液中一部分元素化合物析出来(结晶或沉淀)。
析出物中,溶解度较小稀土元素得到富集,溶解度较大点稀土元素在溶液中也得到富集。
因为稀土元素之间溶解度差别很小,必须重复操作多次才能将这两种稀土元素分离开来,因而这一件非常困难工作。
)
(2)离子交换法;首先将阳离子交换树脂填充于柱子内,再将待分离的混合稀土吸附在柱子入口处的那一端,然后让淋洗液从上到下流经柱子。
形成了络合物的稀土就脱离离子交换树脂而随淋洗液一起向下流动。
流动的过程中稀土络合物分解,再吸附于树脂上。
就这样,稀土离子一边吸附、脱离树脂,一边随着淋洗液向柱子的出口端流动。
由于稀土离子与络合剂形成的络合物的稳定性不同,因此各种稀土离子向下移动的速度不一样,亲和力大的稀土向下流动快,结果先到达出口端。
(3)溶剂萃取法。
利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分离出来的方法
15、常用的稀土金属提取方法有哪些?
一般采用的提取原料是什么?
制备稀土的流程有哪些?
答:
常用的提取方法有1)熔盐电解法
(2)真空热还原法
一般采用的原料是稀土的氯化物和氟化物。
稀土选矿,稀土冶炼(包括稀土元素的分解和分离),稀土金属制备
16、稀土元素的金属活泼顺序为?
答:
稀土元素是典型的金属元素。
它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素。
在17个稀土元素当中,按金属的活泼次序排列,由钪,钇、镧递增,由镧到镥递减,即镧元素最活泼。
17、金属铈为何会自燃?
答:
稀土金属铈的燃点很低,为160℃。
铈最初氧化生成Ce2O3,它很容易继续氧化生成CeO2。
铈之所以会自燃是因为开始在金属表面氧化生成立方结构的Ce2O3,当它继续氧化时,则会生成疏松且有裂纹的CeO2。
由于CeO2比金属铈和Ce2O3的摩尔体积都小,所以致密的金属铈在空气中会自燃。
18、铈、镨、铽的氧化物分子式为?
其他稀土元素的氧化物通式为?
答:
铈:
;镨:
;铽:
;
其他稀土元素的氧化物的通式:
19、什么叫发光?
根据发光持续时间的长短把固体发光区分为几种类型?
答:
发光就是指物体不经过热阶段而将其内部以某种方式吸收的能量直接转换为非平衡辐射的现象。
根据发光持续时间的长短把固体发光区分为荧光和磷光两种。
发光持续时间小于10-8秒的称荧光,大于10-8秒的称磷光,相应的发光体分别称为荧光体和磷光体
20、固体发光物质的组成主要是由哪几部分组成?
答:
固体发光物质的组成主要是由基质(作为材料主体的化合物)、激活剂(少量的作为发光中心的掺杂离子)和敏化剂所组成。
21、固体中的发光过程大致分为哪两大类?
答:
1)分立中心的发光 。
发光的全部过程都局限在单个中心的内部(单分子过程)。
这是在绝缘体发光中的主要类型。
2)复合发光 。
发光过程中经过电离(电子脱离母体或发光中心),电子同电离中心复合而发光(双分子过程)。
这类发光多见于半导体,它受到激发后,掺杂离子或基质离子都可能被电离。
22、固体发光激发方式主要有哪几类?
答:
①射线的激发。
可分为:
(a)电磁波激发包括光频、X射线及γ射线等各个波段的电磁波都可激发发光体。
(b)粒子激发主要是带电粒子,如电子、质子及离子等轰击发光体形成的激发。
②电激发。
在发光体内直接将电能转换为光能。
电致发光一般要求发光体有足够的导电性。
③化学发光。
化学反应中释放出来的能量也可在一定条件下激发材料,使材料发光。
④摩擦发光及结晶发光。
这是在机械压力下晶体破裂所引起的闪光及晶体从溶液或熔体中生长时的发光。
⑤生物发光。
在生物体内由于生命过程中的变化所产生的发光。
根据激发方式固体发光可分三种类型
①光致发光,发光材料在可见光、紫外线或X射线照射下产生的发光。
②场致发光,又称电致发光,是利用直流或交流电场能量来激发发光。
③阴极射线致发光,以电子束使磷光物质激发发光。
23、固体发光的两个基本特征是什么?
答:
(1)任何物体在一定温度下都有热辐射,发光是物体吸收外来能量后所发出的总的辐射中超出热辐射部分;
(2)当外界激发源对固体的作用停止后,发光还延续一段时间,称为余辉。
不同材料在不同激发方式下的发光过程可以很不相同,但有一个共同点:
都是固体从高激发态到低激发态(特别是基态)的电子跃迁中释放能量的一个方式。
24、什么叫能带、价带、导带和禁带?
答:
晶体的基本特征是微粒按一定的规律呈周期性的排列。
在晶体内部原子间存在着较强的相互作用,这导致了原子能级的变化。
这种变化
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