f区元素PPT学习教案

1、会计学1 f区元素区元素PPT课件课件 4f76s2 4f146s 2 4f7 （1）特点）特点 原子半径缩小缓慢，相邻元素递减原子半径缩小缓慢，相邻元素递减1pm，总的缩小约，总的缩小约14pm。 第1页/共18页 （2） 后果后果 Y3+半径半径88pm落在落在Er3+88.1pm附近，附近，Y进入稀土元素进入稀土元素 。 Sc3+半径接近半径接近Lu3+，常与，常与Y3+共生，共生，Sc也成为稀土元素也成为稀土元素 。 Zr(IV) Nb(V) Mo(VI) 80pm 70pm 62pm Hf(IV) Ta(V) W(VI) 79pm 69pm 62pm 三对元素半径十分接近、三对元素半

2、径十分接近、 化学性质十分相近，常伴生在一起，难以分离。化学性质十分相近，常伴生在一起，难以分离。 第2页/共18页 3. f 区元素的氧化态 Ln系：系： +3为特征氧化态为特征氧化态 Ce：4f15d16s2 Tb ：4f96s2 Eu：4f76s2 Yb：4f146s2 Ac系元素系元素 氧化态多样性，这是氧化态多样性，这是Ac系与系与Ln系的不同之处系的不同之处 Ce、Tb可以呈现+4价 Eu、Yb可以呈现+2价 第3页/共18页 4. 镧系元素颜色 La3+ 无无 Lu3+ Ce3+ 无无 Yb3+ Pr3+ 绿绿 Tm3+ Nd3+ 淡红淡红 Er3+ Pm3+ 粉红、粉黄粉红、粉

3、黄 Ho 3+ Sm3+ 黄黄 Dy3+ Eu3+ 无无 Tb3+ Gd3+ 无无 Gd3+ f-f 跃迁引起跃迁引起 第4页/共18页 11.2 镧系元素重要化合物 1. Ln系离子的成键特征 2. 氢氧化物 Ln3+: 4fn5s25p6 硬酸，与硬酸，与F-、O2-硬碱结合稳定；硬碱结合稳定； 半径大，配位数半径大，配位数612。 Ln()的盐溶液中加入的盐溶液中加入NaOH或或NH3H2O均可沉淀出均可沉淀出Ln(OH)3，它是一种胶状沉淀。，它是一种胶状沉淀。 Ln(OH)3为离子型碱性氢氧化物，碱性比为离子型碱性氢氧化物，碱性比Ca(OH)2弱，但比弱，但比Al(OH)3强。强。

4、(n-2)f014(n-1)d01ns2 第5页/共18页 Ln(OH)3受热分解为受热分解为LnO(OH)，继续受热变成，继续受热变成Ln2O3。 Ln(OH)3 LnO(OH) Ln2O3 Ce(OH)4为棕色沉淀物，溶度积很小（为棕色沉淀物，溶度积很小（Ksp=41051），使），使Ce(OH)4沉淀的沉淀的pH为为0.71.0，而使，而使Ce(OH)3沉淀需近中性条件。如用足量的沉淀需近中性条件。如用足量的H2O2（或（或O2、Cl2、O3等）则可把等）则可把Ce()完全氧化成完全氧化成Ce(OH)4，这是从，这是从Ln3+中分离出中分离出Ce的一种有效方法。的一种有效方法。 La(O

5、H)3 Lu(OH)3 酸性酸性增大增大 Ksp: 10-9 10-24 沉淀沉淀pH: 7.82 6.30 第6页/共18页 强酸盐大多可溶强酸盐大多可溶(SO42-盐微溶盐微溶), 弱酸盐难溶。弱酸盐难溶。 LnOCl+HCl+5H2O Ln2O3+C+Cl2 LnCl3+CO Ln2O3+NH4Cl LnCl3+NH3+H2O Ln2O3+SOCl2 LnCl3+SO2 LnCl36H2O = Ln2(C2O4)3 Ln2O3 +CO+CO2 要得到无水氯化物,要HCl气流加热 3. 盐类 第7页/共18页 4. 氧化态为+4和+2的化合物 铈铈(Ce)、镨、镨(Pr)、铽、铽(Tb)、

6、镝、镝(Dy)都能形成都能形成+4氧化态的化合物，其中以四价铈的化合物最重要。四价铈化合物既能存在于水溶液中，又能存在于固体中。四价均是强氧化剂。氧化态的化合物，其中以四价铈的化合物最重要。四价铈化合物既能存在于水溶液中，又能存在于固体中。四价均是强氧化剂。 2CeO2+8HCl = 2CeCl3 + Cl2 + 4H2O 2CeO2 + 2KI + 8HCl = 2CeCl3 + I2 + 2KCl + 4H2O 钐钐(Sm)、铕、铕(Eu)和镱和镱(Yb)能形成能形成+2氧化态化合物，氧化态化合物，Sm2+, Eu2+, Yb2+具有不同程度的还原性，铕（具有不同程度的还原性，铕（）盐的结

7、构类似于）盐的结构类似于Ba, Sr相应的化合物，如相应的化合物，如EuSO4同同BaSO4结构相同，难溶于水。结构相同，难溶于水。 第8页/共18页 5. 5. 分离分离 氧化还原法：氧化还原法： Ln3+ Ce3+ H2O2或或O2 Ln3+ Ce4+ pH=0.71.0 Ln3+ Ce(OH)4 Ln(OH)3 Ln3+ Eu3+ Zn-Hg Ln3+ Eu2+ NH3H2O NH4Cl Ln(OH)3 Eu2+ 分离分离 控制控制pH=57 第9页/共18页 离子交换法离子交换法: Ln系元素常伴生一起系元素常伴生一起, 难以分离，可用离子交换法难以分离，可用离子交换法 Ln3+(aq

8、)+3RSO3-H+ (RSO3)3Ln + 3H+(aq) 讨论讨论 a: 影响交换因素影响交换因素: 电荷电荷,半径。半径。 b: Ln系中哪个更容易被交换系中哪个更容易被交换? La3+最易，最易，Lu3+最不易。最不易。 c:如何淋洗如何淋洗,哪个离子最先淋洗下来哪个离子最先淋洗下来? 用配合剂淋洗, EDTA、C6H5O72- Lu3+首先被淋洗, La3+最后被淋洗 第10页/共18页 溶剂萃取法溶剂萃取法 溶剂萃取分离法是指含有被分离物质的水溶液与互不混溶的有机溶剂接触，借助于萃取剂的作用，使一种或几种组分进入有机相，而另一组分仍留在水相，从而达到分离的目的。溶剂萃取分离法是指含

9、有被分离物质的水溶液与互不混溶的有机溶剂接触，借助于萃取剂的作用，使一种或几种组分进入有机相，而另一组分仍留在水相，从而达到分离的目的。 萃取剂一般分为三类：酸性萃取剂如萃取剂一般分为三类：酸性萃取剂如P204（酸性磷酸酯）；中性萃取剂如（酸性磷酸酯）；中性萃取剂如TBP（磷酸三丁酯）；离子缔合萃取剂如胺类。（磷酸三丁酯）；离子缔合萃取剂如胺类。 Ce(NO3)62- Ln3+ + TBP HNO3 815molL-1 水层：水层：Ln3+ TBP层：层： H2Ce(NO3) 6 H2O2 TBP层层 水层水层 Ce3+ 第11页/共18页 11.3 11.3 稀土元素稀土元素(RE)(RE)

10、 1. 概念 : La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu (Y) (Sc) 轻稀土轻稀土 铈组铈组重稀土重稀土 钇组钇组 2. 存在 稀土元素并不稀少，但在地壳中分布分散，彼此性质相似，难以提取、分离。稀土元素并不稀少，但在地壳中分布分散，彼此性质相似，难以提取、分离。 我国稀土我国稀土储量大、分布广、矿种齐全、易开采储量大、分布广、矿种齐全、易开采 南方以重稀土为主，内蒙古以轻稀土为主。南方以重稀土为主，内蒙古以轻稀土为主。 Ln + Y + Sc 第12页/共18页 第13页/共18页 鄂博矿鄂博矿 独居石独居石(Ce,La, Nd,Th)

11、PO4 棕红色、黄色，有时褐黄色，油脂光泽 白云矿白云矿 氟碳铈矿氟碳铈矿 MCO3F 第14页/共18页 3. 用途: (1) 冶金工业冶金工业: 稀土产量一半用于冶金工业稀土产量一半用于冶金工业 (2) 化学工业化学工业: 稀土催化剂稀土催化剂 石油催化裂解石油催化裂解,使用镧系元素的氯化物使用镧系元素的氯化物,磷酸盐磷酸盐 (3) 玻璃工业玻璃工业: 第15页/共18页 (4) 光学材料光学材料 La、Nd、Sm、Eu Y2O3:Eu，Y2O2S:Eu 红色红色 Gd2O2S:Tb 绿色绿色 LaOBr:Tb:Yb 蓝色蓝色 Y2O2S:Tb:Dy 黄色黄色 钕铁硼系列、钕钛硼系列的稀土永磁铁钕铁硼系列、钕钛硼系列的稀土永磁铁 阿尔法磁谱仪阿尔法磁谱仪 （5）磁性材料）磁性材料 第16页/共18页 (8) 原子能工业：Sm Gd Dy Lu强烈吸收中子强烈吸收中子,控制反应速度。控制反应速度。 (9) 农业：氯化稀土，硝酸稀土制成氯化稀土，硝酸稀土制成 稀土微肥，增产，增甜。稀土微肥，增产，增甜。 (7) 能源：