Question

2002年伊始第一臺(tái)磁冰箱問(wèn)世。磁冰箱的概念形成干6年前，美國(guó)、中國(guó)、西班牙、荷蘭和加拿大都進(jìn)行了研究，最低制冷溫度已達(dá)-140oC，能量利用率已比傳統(tǒng)冰箱高l／3。1997年，美國(guó)Ames實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出磁冰箱原型，其制冷裝置可簡(jiǎn)單地用下圖表示：一轉(zhuǎn)輪滿載順磁性物質(zhì)，高速旋轉(zhuǎn)，其一側(cè)有一強(qiáng)大磁場(chǎng)，順磁性物質(zhì)轉(zhuǎn)入磁場(chǎng)為狀態(tài)A，轉(zhuǎn)出磁場(chǎng)為狀態(tài)B，即：

     

回答下列問(wèn)題：

6－1．

用熱力學(xué)基本狀態(tài)函數(shù)的變化定性地解釋：磁制冷物質(zhì)發(fā)生AB的狀態(tài)變化為什么會(huì)引起冰箱制冷？不要忘記指出磁場(chǎng)是在冰箱內(nèi)還是在冰箱外。

6－2．

Ames實(shí)驗(yàn)室的磁致冷物質(zhì)最早為某金屬M(fèi)，后改為其合金，以M₅（SixGe₁-x)₄為通式，最近又研究了以MA₂為通式的合金，A為鋁、鈷或鎳。根據(jù)原子結(jié)構(gòu)理論，最優(yōu)選的M應(yīng)為元素周期系第幾號(hào)元素？為什么？（可不寫(xiě)出該元素的中文名稱和元素符號(hào)）

Answer 1

6－1．B至A，S＜0，TS＜0，吸熱，反之放熱。磁鐵在冰箱外。（3分）

6－2．M為第64號(hào)元素（Gd），因其基態(tài)電子組態(tài)為［Xe］4f⁷5d¹6S²，未成對(duì)電子最多。（2分）

說(shuō)明：由于競(jìng)賽大綱未要求稀土元素，也未對(duì)不符合構(gòu)造原理的元素提出要求，因此，答其他鑭系元素，如63號(hào)（Eu）等也得滿分，按構(gòu)造原理應(yīng)該能寫(xiě)出63號(hào)（Eu）元素［Xe］4f⁷5d²6S² 的電子構(gòu)型。答非鑭系元素不給分。（選擇元素1分，說(shuō)明1分）