第二十二章--镧系和锕系元素课件.ppt

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1、元素周期表,元素周期表,一、通性镧在基态时不存在f电子，但镧与它后面的14种元素性质很相似，所以把它作为镧系元素。由于镧系收缩的影响，使得Y的原子半径(0.181nm)、与元素Nd、Sm(0.182、0.18nm)及离子半径Y3+(0.089nm)与Ho3+、Er3+(0.0894、0.0881nm)接近。Y的化学性质与镧系元素相似，钇在矿物中与镧系共生。通常把钇和镧系元素合称为稀土元素(用RE表示)。,镧系元素,二、电子构型,镧系元素,注：Eu,Yb的4f电子能量低,不参与成键,只有2个电子成键，而其余有三个电子成键。因此它们的金属键弱、原子半径显得较大、熔沸点较低。,三、氧化态+III氧化

2、态是所有Ln元素的特征氧化态。它们失去三个电子所需的电离势较低，即能形成稳定的+III氧化态。有些虽然也有+II或+IV氧化态，但都不稳定。Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s2)能形成+IV氧化态即Ce(4f0),Pr(4f1),Tb(4f7),Dy(4f8)。Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2)能形成+II氧化态即Sm(4f6),Eu(4f7),Tm(4f13),Yb(4f14)。从4f电子层结构来看，其接近或保持全空、半满及全满时的状态较稳定(也存在热力学及动力学因素)。,镧系元素

3、,四、原子半径和离子半径,从表中的数据可以看出，从La到Lu原子半径和三价离子半径逐渐减小。这种镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩。由于镧系收缩的影响，使得钇的原子半径接近Tb和Dy，因而钇与Ln共生，并把钇归为稀土元素。镧系收缩使IVB族中的锆与铪、VB族中的铌与钽、VIB族的钼与钨在原子半径和离子半径较接近，化学性质相似，造成分离上的困难。,镧系元素,五、活泼性镧系金属是强还原剂，其还原能力仅次于Mg，其反应性可与铝比。而且随着原子序数的增加，还原能力呈逐渐减弱的趋势。在酸性溶液中Ln2+离子为强还原剂，Ln4+离子为强氧化剂。(试考虑它们的产物是什

4、么？)六、应用用于玻璃、陶瓷、发光材料、电淘光源材料、激光材料、磁性材料、稀土微肥、催化剂、超导材料及引火合金。,镧系元素,镧系元素,七、Ln2O3,Ln(OH)3 Ln2O3与碱土金属氧化物相似，可以吸收空气中的CO2形成碳酸盐，易溶于水生成Ln(OH)3。Ln(OH)3中除Yb(OH)3和Lu(OH)3外都不溶于过量的强碱。Ln(OH)3在水中微溶，碱性随原子序数增加而减弱，随温度的升高溶解度降低。,镧系元素,八、+III盐类 我们把轻稀土57-63号称为铈组，把重稀土64-71号称为钇组。相同点：它们的LnF3、Ln(OH)3、LnPO4、Ln2(C2O4)3、Ln2(CO3)3都难溶于

5、水。它们的卤化物(Cl,Br,I)、氰化物都溶于水。不同点：铈组钇组硫酸盐不溶于M2SO4溶液溶于M2SO4溶液碳酸盐不溶于CO32-溶液溶于CO32-溶液草酸盐不溶于C2O42-溶液溶于C2O42-溶液,镧系元素,1、卤化物 LnF3在3mol/L的硝酸中也能沉淀，是一特征反应。LnCl3,LnBr3,LnI3,为离子型化合物，易溶于水。2、草酸盐 最重要的盐，因为它在酸性溶液中难溶，所以能与其它许多金属离子分开。草酸盐灼烧分解为氧化物。,九、+IV化合物Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s2)能形成+IV氧化态即Ce(4f0),Pr(4

6、f1),Tb(4f7),Dy(4f8)。Ce(SO4)2+e-=Ce3+2SO42-=+1.74V即+IV氧化态的盐具有强氧化性。十、+II化合物Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2)能形成+II氧化态即Sm(4f6),Eu(4f7),Tm(4f13),Yb(4f14)。Sm3+e-=Sm2+=-1.55VEu3+e-=Eu2+=-0.35VYb3+e-=Yb2+=-1.15V即+II氧化态的盐具有强还原性。,镧系元素,镧系元素,十一、配合物Ln3+离子一般不易参加成键，离子半径较大，与碱土金属相似，离子与配体间的作用靠静电吸引，具有相当的离

7、子性质。H2O是很强的配体，在大量水存在时任何配体与，H2O竞争都是困难的，只有很强的配体，特别是螯合剂才能与其形成配合物。,锕系元素,一、电子构型,锕系元素,二、氧化态,注：锕系中5f与6d的能量相差更小，因此锕系前一半元素提供更多的成键电子，存在较高的价态。后一半与镧系相似。,锕系元素,三、离子半径类似镧系元素，也产生锕系收缩。,四、铀钍的制备、性质、化合物及用途。（自学）要求：1、最重要的铀的氟化物是什么？2、什么是“铀黄”，有什么用途？3、二氧化钍有何用途？,精品课件！,精品课件！,基本要求,l、掌握镧系元素的价电子层结构特点及其与元素通性的关系。2、掌握镧系收缩的实质及其影响3一般了解镧系、锕系元素的单质及其化合物的性质、用途。4一般了解稀土元素的分离方法。,