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文檔簡介
遼寧省專升本2025年稀土材料重點(diǎn)題型試卷(含答案)考試時(shí)間:______分鐘總分:______分姓名:______注意事項(xiàng):1.請將試卷答案寫在答題紙上。2.答題時(shí)請將考號、姓名填寫在答題紙上。3.回答選擇題時(shí),請用鉛筆將答題卡上對應(yīng)題目的答案標(biāo)號涂黑。如需改動(dòng),用橡皮擦干凈后,再選涂其他答案標(biāo)號。4.回答非選擇題時(shí),請將答案寫在答題紙上。寫在本試卷上無效。5.考試結(jié)束后,將本試卷和答題卡一并交回。一、選擇題:本大題共10小題,每小題2分,共20分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是最符合題目要求的,請將正確選項(xiàng)字母填在答題卡上。1.下列哪種稀土元素屬于釷系元素?A.釹(Nd)B.釤(Sm)C.鈧(Sc)D.釷(Th)2.稀土元素通常呈現(xiàn)哪種外層電子構(gòu)型?A.ns2np?B.(n-2)d1?ns2C.(n-2)d?ns2D.(n-2)d1?ns13.在稀土元素中,原子半徑隨原子序數(shù)增加而變化的趨勢是?A.逐漸增大B.逐漸減小C.先增大后減小D.先減小后增大4.下列哪種稀土礦物是自然界中最常見、分布最廣的稀土礦物?A.螢石(CaF?)B.氟碳鈰礦(Ce,La,Ca)CO?FC.柘榴石(Mg,Fe,Ca,Sr)?SiO?D.獨(dú)居石(Ce,La,Nd,Th)PO?5.稀土元素離子半徑隨離子電荷增加而變化的趨勢是?A.逐漸增大B.逐漸減小C.沒有變化D.先增大后減小6.下列哪種方法不屬于稀土元素常用的物理分離方法?A.離子交換法B.萃取法C.電解法D.蒸發(fā)結(jié)晶法7.常用的稀土離子交換樹脂,其功能基團(tuán)通常是什么?A.-COOH或-SO?HB.-NH?或-NHRC.-OH或-O?D.-CHO或-COOH8.下列哪種稀土化合物是重要的發(fā)光材料?A.稀土氧化物(如RE?O?)B.稀土碳酸鹽(如RE?(CO?)?)C.稀土氮化物(如REN)D.稀土配合物(如[RE(OH)?]?)9.稀土永磁材料通常具有哪種磁結(jié)構(gòu)?A.抗磁性B.順磁性C.鐵磁性D.亞鐵磁性10.下列哪種應(yīng)用不是稀土元素的重要應(yīng)用領(lǐng)域?A.催化劑B.磁性材料C.光電器件D.鋼鐵合金二、填空題:本大題共5小題,每空1分,共15分。請將答案填寫在答題紙上。11.稀土元素通常分為______和______兩部分,共17種元素。12.稀土元素離子在溶液中常以水合離子的形式存在,其顏色來源于______。13.離子交換法分離稀土離子主要基于稀土離子在交換劑上的______差異。14.稀土催化劑在石油煉制中主要用作______催化劑。15.釹鐵硼(NdFeB)永磁材料主要由釹、鐵、硼以及少量______和______元素組成。三、判斷題:本大題共5小題,每小題2分,共10分。請判斷下列說法的正誤,正確的填“√”,錯(cuò)誤的填“×”。16.所有稀土元素的原子核都帶有正電荷。17.稀土元素的化學(xué)性質(zhì)與堿土金屬非常相似。18.稀土礦物都是鈰族元素和釷族元素的含量非常高的礦物。19.稀土離子具有不成對電子,因此都具有磁性。20.稀土元素對人體健康是有害的,應(yīng)盡量避免接觸。四、簡答題:本大題共3小題,每小題5分,共15分。請將答案填寫在答題紙上。21.簡述稀土元素“鑭系收縮”現(xiàn)象及其對稀土元素性質(zhì)的影響。22.簡述離子交換法分離稀土離子的基本原理。23.簡述稀土永磁材料相較于傳統(tǒng)鐵磁材料的主要優(yōu)點(diǎn)。五、論述題:本大題共1小題,共20分。請將答案填寫在答題紙上。24.論述稀土催化劑在環(huán)境友好型化學(xué)合成(例如,綠色催化、選擇性催化)中的作用及其重要性。試卷答案1.D解析:釷(Th)位于元素周期表第六周期,屬于釷系元素。釹(Nd)、釤(Sm)、鈧(Sc)屬于鑭系元素。2.B解析:稀土元素外層電子構(gòu)型主要為4f?5d16s2或4f?6s2,其中4f軌道電子為主量子數(shù)決定外層特征,符合選項(xiàng)B的描述((n-2)d1?ns2為主量子數(shù)n=4及以下的元素特征,n=5時(shí)為4f1?5d16s2,如鑭系元素;n=6時(shí)為4f1?5d16s2,如釔系元素)。3.B解析:隨著原子序數(shù)增加,核電荷數(shù)增加,對核外電子的吸引力增強(qiáng),同時(shí)內(nèi)層電子屏蔽效應(yīng)也增強(qiáng),但核電荷數(shù)的增加起主導(dǎo)作用,導(dǎo)致原子半徑逐漸減小,但在鑭系元素中存在“鑭系收縮”現(xiàn)象,使半徑變化不連續(xù),但總體趨勢仍為減小。4.B解析:氟碳鈰礦(Ce,La,Ca)CO?F是輕稀土礦物中最主要和最常見的礦物,含量豐富,分布廣泛。螢石是含氟礦物,獨(dú)居石是重要的稀土礦物但含量相對氟碳鈰礦較低,柘榴石是硅酸鹽礦物,可含稀土。5.B解析:稀土離子半徑隨離子電荷增加,核對電子的吸引力增強(qiáng),電子云收縮,離子半徑逐漸減小。6.C解析:物理分離方法主要利用物質(zhì)物理性質(zhì)的差異,如萃取法利用分配系數(shù)差異,蒸發(fā)結(jié)晶法利用溶解度差異。離子交換法本質(zhì)上是化學(xué)吸附過程,電解法涉及電化學(xué)過程,均屬于化學(xué)分離方法。7.A解析:離子交換樹脂的功能基團(tuán)必須能提供或接受質(zhì)子(H?),形成帶電離子,從而能與稀土離子發(fā)生離子交換。常用的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂功能基團(tuán)為磺酸基(-SO?H)或羧基(-COOH),能釋放H?與稀土離子交換。8.A解析:稀土氧化物(如氧化釔Y?O?、氧化鑭La?O?等摻雜后)是重要的發(fā)光材料,廣泛應(yīng)用于熒光燈、顯示屏等領(lǐng)域。其他選項(xiàng)中,碳酸鹽和氮化物發(fā)光性能不如氧化物,配合物可發(fā)光但不是主要類型。9.C解析:稀土永磁材料(如釹鐵硼)具有高矯頑力、高剩磁等特性,屬于鐵磁性材料,其磁性源于稀土元素4f電子和過渡金屬3d電子的自旋磁矩平行排列。10.D解析:稀土元素廣泛應(yīng)用于催化劑、磁性材料、光電器件(發(fā)光、激光)、催化劑(如鋼鐵脫硫脫氧)等領(lǐng)域。鋼鐵合金中常加入少量稀土元素(如釩、鈮、鈦等)作為合金元素改善性能,但通常不將稀土元素本身視為主要的鋼鐵合金成分。11.鑭系;釷系解析:根據(jù)稀土元素在元素周期表中的位置,分為包含原子序數(shù)從57到71的鑭系元素和原子序數(shù)從89到103的釷系元素。12.d-d電子躍遷或f-f電子躍遷解析:稀土離子顏色來源于其4f電子或5d電子在激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間發(fā)生躍遷時(shí)吸收特定波長的可見光,導(dǎo)致溶液呈現(xiàn)互補(bǔ)色。對于離子半徑較小的三價(jià)稀土離子,主要是f-f躍遷;對于離子半徑較大的二價(jià)或稀土與其他元素形成的配合物,可能涉及d-d躍遷。13.選擇性解析:離子交換法分離稀土離子基于不同稀土離子在特定條件下(如pH、離子強(qiáng)度、溫度)與離子交換劑上的活性位點(diǎn)結(jié)合能力(選擇性)的差異。14.催化解析:稀土催化劑(如SOH-4型分子篩)在石油煉制過程中主要用作加氫裂化、異構(gòu)化、脫蠟等過程的催化劑,提高反應(yīng)活性和選擇性。15.鋁;鏑解析:典型的釹鐵硼永磁材料化學(xué)式為Nd?Fe??B,其中除了主元釹、鐵、硼外,通常加入少量鋁(Al)、鏑(Dy)等元素(通常稱為調(diào)整元素),以細(xì)化晶粒,改善磁性能和工藝性能。16.√解析:原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成,質(zhì)子帶正電荷,中子不帶電,因此所有原子核都帶有正電荷(其電荷量等于質(zhì)子數(shù),即原子序數(shù))。17.×解析:稀土元素最外層電子構(gòu)型為ns2(少數(shù)為ns2np1),呈+3價(jià),具有較小的半徑和較高的電負(fù)性,化學(xué)性質(zhì)與堿金屬(ns1)或堿土金屬(ns2)差異較大,更接近過渡金屬。18.×解析:稀土礦物種類繁多,含量差異很大。氟碳鈰礦是輕稀土含量較高的礦物,但重稀土礦物(如獨(dú)居石、褐簾石)也含有相當(dāng)比例的重稀土元素。并非所有稀土礦物都富含鈰和釷。19.×解析:稀土離子是否具有磁性取決于其4f軌道中是否有未成對電子。雖然許多三價(jià)稀土離子有未成對電子而具有順磁性,但自旋量子數(shù)S不一定很大,且離子間的磁相互作用可能導(dǎo)致順磁態(tài)或被抑制。并非所有稀土離子都具有顯著的宏觀磁性,其磁性還與晶體場等因素有關(guān)。20.×解析:稀土元素及其化合物大多數(shù)對人體無毒或低毒,在適量情況下是必需的微量元素。適量攝入稀土元素對人體生理功能(如新陳代謝、免疫功能)有益。只有在高濃度暴露或攝入不溶性化合物時(shí)才可能產(chǎn)生毒性。21.稀土元素“鑭系收縮”是指隨著原子序數(shù)從鑭(La,Z=57)到镥(Lu,Z=71)增加,4f軌道逐漸填滿,核電荷數(shù)增加對半徑的收縮作用超過了電子屏蔽效應(yīng)和內(nèi)層電子增加的膨脹作用,導(dǎo)致原子半徑和離子半徑出現(xiàn)系統(tǒng)性的、顯著的減小趨勢。其對稀土元素性質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在:①使得重稀土元素(如鑭以后)的離子半徑與輕稀土離子(如La3?)相差不大,增加了它們之間分離的難度;②重稀土元素的性質(zhì)(如化學(xué)行為、光譜性質(zhì))與鄰近的輕稀土元素更為相似;③影響了配位化學(xué),使得重稀土離子傾向于形成與輕稀土離子相似的配位數(shù)和配位幾何。22.離子交換法分離稀土離子的基本原理是利用稀土離子與離子交換劑(樹脂或無機(jī)交換劑)上的可交換離子發(fā)生交換反應(yīng)。當(dāng)含有稀土離子的溶液通過離子交換劑時(shí),溶液中的稀土離子(M3?)會(huì)與交換劑上的可交換離子(如H?,來自強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂-SO?H?)爭奪活性位點(diǎn)。如果稀土離子與溶液中離子的親和力(選擇性)大于其與交換劑上離子的親和力,稀土離子就會(huì)取代交換劑上的離子進(jìn)入溶液,反之則被交換到樹脂上。通過改變?nèi)芤旱膒H值、離子強(qiáng)度或使用不同的洗脫劑,可以改變稀土離子與交換劑上離子的相對親和力,從而將它們分步解吸(洗脫)下來,實(shí)現(xiàn)分離。23.稀土永磁材料相較于傳統(tǒng)鐵磁材料(如碳鋼、硅鋼)的主要優(yōu)點(diǎn)有:①極高的剩磁(Br)和矯頑力(Hc),能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場,磁能積((BH)max)高,即單位體積或重量下能儲存或提供的磁能更多;②稀土永磁材料(如釹鐵硼)具有各向異性,可以通過定向處理和矯頑磁場定向充磁,使磁矩沿特定方向排列,獲得非常高的矯頑力,不易退磁,適用于強(qiáng)磁場和動(dòng)態(tài)工作環(huán)境;③飽和磁化強(qiáng)度高,能承受較大的磁場變化;④高阻尼系數(shù),有助于吸收振動(dòng)和沖擊,提高穩(wěn)定性;⑤工作溫度范圍寬,特別是高性能釹鐵硼永磁材料可在較高溫度下工作。24.稀土催化劑在環(huán)境友好型化學(xué)合成中的作用及其重要性體現(xiàn)在多個(gè)方面:首先,稀土催化劑(如稀土氧化物、配合物、分子篩)通常具有高活性、高選擇性,能夠催化在溫和條件下(常溫常壓、水相、乙醇等綠色溶劑)進(jìn)行的反應(yīng),如氧化、還原、偶聯(lián)、加氫、脫硫脫硝等,減少了對高溫高壓、強(qiáng)酸強(qiáng)堿等苛刻條件的依賴,降低了能耗和設(shè)備要求。其次,它
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