第 f区元素PPT课件

1、2. 2. 后果后果（1） Y3+半径88pm落在Er3+88.1pm附近，Y进入稀土元素。 Sc半径接近Lu3+，常与Y3+共生，Sc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（2） Zr与Hf、Nb与Ta、Mo与W三对元素半径十分接近、化 学性质十分相近，常伴生在一起，难以分离。第1页/共14页10.1.3 f 区元素的氧化态Ln系： +3为特征氧化态 Ce：4f15d16s2 Tb ：4f96s2 Eu：4f76s2 Yb：4f146s2Ac系元素 的氧化态呈多样性，这是Ac系

2、与Ln系的不同之处。Ce、Tb可以呈现+4价 Eu、Yb可以呈现+2价第2页/共14页10.1.4 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、粉黄 Ho 3+Sm3+ 黄黄 Dy3+Eu3+ 无无 Tb3+Gd3+ 无无 Gd3+ff 跃迁引起第3页/共14页10.2 镧系元素重要化合物10.2.1 氢氧化物Ln3+: 4fn5s25p6 。 硬酸，与F O2硬 碱结合稳定； 半径大，配位数为612。镧系元素属典型的金属，能同与周期表中大多数非金属成键。 Ln()的盐溶液中加入NaOH或NH3H2O

3、皆可沉淀Ln(OH)3 ，它是一种胶状沉淀。Ln(OH)3为离子型碱性氢氧化物，随着离子半径的减小，其碱性愈弱，总的来说，碱性比Ca(OH)2弱，但比Al(OH)3强。 第4页/共14页 Ln(OH)3受热分解为LnO(OH)，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（Ksp=41051），使Ce(OH)4沉淀的pH为 0.71.0 ， 而使Ce(OH)3沉淀需近中性条件。如用足量的H2O2（或O2、Cl2、O3等）则可把Ce()完全氧化成Ce(OH)4，这是从Ln3+中分离出Ce的一种有效方法。La(OH)3 Lu(OH)3

4、酸性酸性增大增大Ksp: 109 1024 沉淀沉淀pH: 7.82 6.30 第5页/共14页 镧系元素的强酸盐大多可溶, 弱酸盐难溶，如：氯化物、 硫酸盐、 硝酸盐易溶于水； 草酸盐、 碳酸盐、氟化物、磷酸盐难溶于水。LnOCl+HCl+5H2OLn2O3+C+Cl2 LnCl3+COLn2O3+NH4Cl LnCl3+NH3+H2OLn2O3+SOCl2 LnCl3+SO2 LnCl36H2O = Ln2(C2O4)3 Ln2O3 +CO+CO2 要得到无水氯化物,要HCl气流加热10.2.2 盐类第6页/共14页10.2.3 氧化态为+4和+2的化合物 铈(Ce)、镨(Pr)、铽(Tb

5、)、镝(Dy)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。 2CeO2+8HCl = 2CeCl3 + Cl2 + 4H2O2CeO2 + 2KI + 8HCl = 2CeCl3 + I2 + 2KCl + 4H2O 钐(Sm)、铕(Eu)和镱(Yb)能形成+2氧化态化合物，Sm2+, Eu2+, Yb2+具有不同程度的还原性，铕（）盐的结构类似于Ba, Sr相应的化合物，如EuSO4同BaSO4结构相同，难溶于水。 第7页/共14页10.2.4. 分离 1. 1. 氧化还原法：氧化还原法：Ln3+Ce3+H2O2

6、或或O2Ln3+Ce4+pH=0.71.0Ln3+Ce(OH)4Ln(OH)3 Ln3+Eu3+Zn-HgLn3+Eu2+NH3H2ONH4ClLn(OH)3 Eu2+分离分离控制控制pH=57第8页/共14页2. 2. 离子交换法离子交换法: : Ln系元素常伴生一起, 难以分离，可用离子交换法Ln3+(ag)+3RSO3H (RSO3)3Ln + 3H+(ag)（1）树脂的吸附 多用强酸性阳离子交换树脂（RSO3H）： 金属离子与树脂基团之间的作用与金属离子的电荷和离子的水合半径有关。 （2）淋洗 淋洗液通常是含有配合剂的溶液（如EDTA、柠檬酸、乙酸铵、苹果酸等）。利用配合剂与Ln3+形

7、成配合物的能力不同，可以使它们陆续解吸，从而达到有效分离。 第9页/共14页3. 3. 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。 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TBP（磷酸三丁酯）；离子缔合萃取剂，如胺类。Ce(NO3)62 Ln3+ + TBP HNO 3815molL 1 水层：Ln3+ TBP层：H2Ce(NO3) 6 H2O2 TBP层 水层Ce3+ 第10页/共14页10.3 10.3 稀土元素稀土元素(R

8、E)(RE)10.3.1 概念La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu (Y) (Sc)轻稀土 铈组重稀土 钇组 10.3.2 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。 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11页/共14页10.3.3 用途1. 1. 冶金工业冶金工业: : 稀土钢2. 2. 化学工业化学工业: : 稀土催化剂超导材料：YBa2Cu3O73. 3. 材料材料发光材料：Y2O3:Eu，Y2O2S:Eu 红色 Gd2O2S:Tb 绿色 LaOBr:Tb:Yb 蓝色 Y2O2S:Tb:Dy 黄色第12页/共14页钕铁