无机化学(第六版)电子教案课件

第十八章f区元素§18.3核化学简介§18.2锕系元素§18.1镧系元素第十八章f区元素§18.3核化学简介f区元素在周期表中的位置f区元素在周期表中的位置

元素周期表中，f区元素分成两个系列，即镧系和锕系。镧系包括从57号镧La到71号镥Lu，共15种元素。镧系元素常用Ln表示。GdTbDyHoErTmYbLu钆铽镝钬铒铥

镱镥LaCePrNdPmSmEu镧铈镨钕钷钐铕元素周期表中，f区元素分成两个系列，即镧系BkCfEsFmMdNo

Lr

锫

锎锿镄钔锘铹AcTh

PaUNpPuAmCm

锕钍镤铀镎钚

镅锔

锕系包括从89号锕Ac到103号铹Lr，共15种元素。锕系元素常用An表示。BkCfEsFmMd18.1.4镧系元素的重要化合物18.1.3镧系元素的单质18.1.2镧系元素概述18.1.1稀土元素简介§18.1镧系元素18.1.4镧系元素的重要化合物18.1.3镧系18.1.1稀土元素简介15

种镧系元素加上与之性质相似的IIIB族的钇(

Y)和镥(Lu)，共16种元素，称为稀土元素，常用RE表示。镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu，称为铈组稀土或轻稀土。钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，外加钇Y，称为钇组稀土或重稀土。18.1.1稀土元素简介15种镧系元

区别轻稀土和重稀土的根据是金属的密度。但钇却是由于性质与其他重稀土相近，难于分离，才列为重稀土。稀土元素可认为属于IIIB族。稀是指稀少。土是指不溶于水的性质。这里特指IIIA族铝的氧化物大量存在于土壤中且不溶于水。其实稀土元素并不很稀少。Ce地壳中的质量分数为6.810－3%。比Cu含量多。区别轻稀土和重稀土的根据是金其实稀土元素并不很稀少。Ce地壳中的质量分数为6.810－3%。比Cu含量多。

含量高的稀土矿物有数十种，其中磷酸盐矿物居多。独居石是最重要的稀土磷酸盐矿物。我国的稀土储量占世界第一位。由于稀土元素半径相近，性质相似，往往以混合矿物形式存在。其实稀土元素并不很稀少。Ce地壳中的质量18.1.2镧系元素概述1.镧系元素的价电子构型和性质原子序数

元素符号

元素名称价层电子结构原子半径/pm常见氧化值第三电离能/(kJ·mol-1)39575859606162636465666768697071YLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu钇镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥4d15s25d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s24f96s24f106s24f116s24f126s24f136s24f146s24f145d16s2180188182183182180180204180178177177176175194173+3+3+3，+4+3，+4+3+3+2，+3+2，+3+3+3，+4+3+3+3+3+2，+3+319861855195520932142(2150)226724101996212222032210219722922424202718.1.2镧系元素概述1.镧系元素的价电子构型和性3.氧化值

镧系元素的特征氧化值是

+3。Ce，Pr和Tb还具有较为稳定的

+4氧化值；Sm，Eu和Yb还具有较为稳定的

+2氧化数。+3氧化数是稀土元素最稳定的氧化数。其根本原因在于稀土元素的电离能I1+I2+I3

之和较小。2.原子半径、离子半径和镧系收缩3.氧化值镧系元素的特征氧化值是+3。24.离子的颜色Y3+的电子构型为4s24p6，没有d电子和d-d跃迁，Y3+经常是无色的。Ln3+的颜色取决于它的吸收光谱，主要的显色机理为f-f跃迁。4.离子的颜色Y3+的电子构型为4Ln3+的电子构型及颜色元素名称

Ln电子构型Ln3+

电子构型Ln3+单电子数M3+

的颜色Ln3+

单电子数Ln3+

电子构型Ln电子构型元素名称镧铈镨钕钷钐铕钆5d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s2

4f04f14f2

4f34f44f54f64f701234567无色无色黄绿｜浅绿红紫｜淡红粉红｜淡黄浅黄浅粉红无色012345674f144f134f124f114f104f94f84f74f145d16s24f146s24f136s24f126s24f116s24f106s24f96s24f75d16s2镥镱铥铒钬镝铽钆Ln3+的电子构型及颜色元LnLn3+Ln3+18.1.3镧系元素的单质1.镧系金属单质的化学性质

镧系金属单质的化学性质活泼，都是较强的还原剂，还原能力仅次碱金属，而和镁接近。镧系金属单质远比金属铝和锌活泼。镧系金属单质保存时均在表面涂蜡，以免发生氧化。18.1.3镧系元素的单质1.镧系金属单质的化学性质2.镧系元素的提取NaOH分解法

H2SO4分解法

氯-碳分解法2.镧系元素的提取NaOH分解法3.稀土元素的分离

稀土元素性质相似，将混生的稀土加以分离是极其困难而有意义的工作。

经常用到的分离方法有：离子交换法、溶剂萃取法和化学法（重结晶法）。3.稀土元素的分离稀土元素性质相似，将混生4.稀土金属的制备

金属热还原法

熔盐电解法4.稀土金属的制备金属热还原法18.1.4镧系元素的重要化合物1.Ln(Ⅲ)的化合物除Pr2O3为深蓝，Nb2O3为浅蓝，Er2O为粉红外，其他Ln2O3均为白色。Ln(OH)3具有碱性，碱性介于Ca(OH)2

和Al(OH)3

之间。Ln(OH)3均难溶于水。其溶解度随温度升高而降低。Ln(OH)3的溶度积比碱土金属的氢氧化物溶度积小得多。18.1.4镧系元素的重要化合物1.Ln(Ⅲ)的化合镧系元素氟化物难溶于水，其他卤化物多易形成水合物。

镧系元素的草酸盐溶解度也很小，是非常重要的稀土化合物。盐类中弱酸盐一般难溶，强酸盐易溶。镧系元素氟化物难溶于水，其他卤化物多易形成水2.Ln(Ⅱ)和Ln(Ⅳ)的化合物

Ce，Pr和Tb都能形成氧化值为+4的化合物；

Ce(IV)具有强氧化性E⊖=1.26VCeO2(s)+4H+(aq)+e-

Ce3+(aq)

+2H2O(l)

Sm，Eu和Yb能形成氧化值为+2的化合物。

Sm2+，Yb2+

的还原能力较强，在水溶液中易被氧化。只有Eu(II)能在固态化合物中温度存在。2.Ln(Ⅱ)和Ln(Ⅳ)的化合物Ce，P3.镧系元素的配合物

同d区元素相比，镧系元素形成的配合物种类和数量要少得多。

镧系元素形成的配合物稳定性较差。镧系元素与配合能力强的配体，如edta和其他螯合剂才能形成稳定配离子。由于形成体半径较大，通常具有较大的配位数，如7,8,9,10等。3.镧系元素的配合物同d区元素相比，镧系元18.2.2钍和铀及其化合物18.2.1锕系元素概述§18.2锕系元素18.2.2钍和铀及其化合物18.2.1锕系元素18.2.1锕系元素概述15种锕系元素中只有4种元素——锕、钍、镤和铀存在于自然界中，其中锕和镤为痕量。锕系单质是具有银白色光泽的放射性金属。

钍的密度与铅相近，铀的密度很大，与金相近。18.2.1锕系元素概述15种锕系元18.2.2钍和铀及其化合物

钍最稳定的氧化态为+4。二氧化钍(ThO2)为白色粉末，熔点3350℃，是熔点最高的氧化物，只能溶于硝酸和氢氟酸所组成的混合酸中。铀最稳定的氧化态是+6。UF6的分子构型为正八面体，常温下它是无色晶体，56.5℃升华。18.2.2钍和铀及其化合物钍最稳定的18.3.1核结构18.3.3核能的利用18.3.2核反应§18.3核化学简介18.3.1核结构18.3.3核能的利用18.31938年德国科学家奥托哈恩(OttoHahn)和弗里茨斯特拉斯曼(Fritzstrassmann)发现了中子使铀核发生裂变的事实。致使人类掌握了一种空前巨大的能源——核能。

研究钍和铀最重要意义在于原子能的开发。

只有同位素U才是有利用价值的核裂变材料。235921938年德国科学家奥托哈恩(Otto1940年，美国人麦克米伦(EMMcMillan)等制得93号元素镎(Np)这表明人类终于具备了制造出自然界不存在的超铀元素的能力。1940年，美国人麦克米伦(EMMc核化学的重要研究内容：

(1)研究核裂变和核聚变，直接涉及新能源的开发。

(2)超重元素的合成，其倾向于基础理论的研究。核化学的重要研究内容：第十八章f区元素§18.3核化学简介§18.2锕系元素§18.1镧系元素第十八章f区元素§18.3核化学简介f区元素在周期表中的位置f区元素在周期表中的位置

元素周期表中，f区元素分成两个系列，即镧系和锕系。镧系包括从57号镧La到71号镥Lu，共15种元素。镧系元素常用Ln表示。GdTbDyHoErTmYbLu钆铽镝钬铒铥

镱镥LaCePrNdPmSmEu镧铈镨钕钷钐铕元素周期表中，f区元素分成两个系列，即镧系BkCfEsFmMdNo

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锎锿镄钔锘铹AcTh

PaUNpPuAmCm

锕钍镤铀镎钚

镅锔

锕系包括从89号锕Ac到103号铹Lr，共15种元素。锕系元素常用An表示。BkCfEsFmMd18.1.4镧系元素的重要化合物18.1.3镧系元素的单质18.1.2镧系元素概述18.1.1稀土元素简介§18.1镧系元素18.1.4镧系元素的重要化合物18.1.3镧系18.1.1稀土元素简介15

种镧系元素加上与之性质相似的IIIB族的钇(

Y)和镥(Lu)，共16种元素，称为稀土元素，常用RE表示。镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu，称为铈组稀土或轻稀土。钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，外加钇Y，称为钇组稀土或重稀土。18.1.1稀土元素简介15种镧系元

区别轻稀土和重稀土的根据是金属的密度。但钇却是由于性质与其他重稀土相近，难于分离，才列为重稀土。稀土元素可认为属于IIIB族。稀是指稀少。土是指不溶于水的性质。这里特指IIIA族铝的氧化物大量存在于土壤中且不溶于水。其实稀土元素并不很稀少。Ce地壳中的质量分数为6.810－3%。比Cu含量多。区别轻稀土和重稀土的根据是金其实稀土元素并不很稀少。Ce地壳中的质量分数为6.810－3%。比Cu含量多。

含量高的稀土矿物有数十种，其中磷酸盐矿物居多。独居石是最重要的稀土磷酸盐矿物。我国的稀土储量占世界第一位。由于稀土元素半径相近，性质相似，往往以混合矿物形式存在。其实稀土元素并不很稀少。Ce地壳中的质量18.1.2镧系元素概述1.镧系元素的价电子构型和性质原子序数

元素符号

元素名称价层电子结构原子半径/pm常见氧化值第三电离能/(kJ·mol-1)39575859606162636465666768697071YLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu钇镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥4d15s25d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s24f96s24f106s24f116s24f126s24f136s24f146s24f145d16s2180188182183182180180204180178177177176175194173+3+3+3，+4+3，+4+3+3+2，+3+2，+3+3+3，+4+3+3+3+3+2，+3+319861855195520932142(2150)226724101996212222032210219722922424202718.1.2镧系元素概述1.镧系元素的价电子构型和性3.氧化值

镧系元素的特征氧化值是

+3。Ce，Pr和Tb还具有较为稳定的

+4氧化值；Sm，Eu和Yb还具有较为稳定的

+2氧化数。+3氧化数是稀土元素最稳定的氧化数。其根本原因在于稀土元素的电离能I1+I2+I3

之和较小。2.原子半径、离子半径和镧系收缩3.氧化值镧系元素的特征氧化值是+3。24.离子的颜色Y3+的电子构型为4s24p6，没有d电子和d-d跃迁，Y3+经常是无色的。Ln3+的颜色取决于它的吸收光谱，主要的显色机理为f-f跃迁。4.离子的颜色Y3+的电子构型为4Ln3+的电子构型及颜色元素名称

Ln电子构型Ln3+

电子构型Ln3+单电子数M3+

的颜色Ln3+

单电子数Ln3+

电子构型Ln电子构型元素名称镧铈镨钕钷钐铕钆5d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s2

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4f34f44f54f64f701234567无色无色黄绿｜浅绿红紫｜淡红粉红｜淡黄浅黄浅粉红无色012345674f144f134f124f114f104f94f84f74f145d16s24f146s24f136s24f126s24f116s24f106s24f96s24f75d16s2镥镱铥铒钬镝铽钆Ln3+的电子构型及颜色元LnLn3+Ln3+18.1.3镧系元素的单质1.镧系金属单质的化学性质

镧系金属单质的化学性质活泼，都是较强的还原剂，还原能力仅次碱金属，而和镁接近。镧系金属单质远比金属铝和锌活泼。镧系金属单质保存时均在表面涂蜡，以免发生氧化。18.1.3镧系元素的单质1.镧系金属单质的化学性质2.镧系元素的提取NaOH分解法

H2SO4分解法

氯-碳分解法2.镧系元素的提取NaOH分解法3.稀土元素的分离

稀土元素性质相似，将混生的稀土加以分离是极其困难而有意义的工作。

经常用到的分离方法有：离子交换法、溶剂萃取法和化学法（重结晶法）。3.稀土元素的分离稀土元素性质相似，将混生4.稀土金属的制备

金属热还原法

熔盐电解法4.稀土金属的制备金属热还原法18.1.4镧系元素的重要化合物1.Ln(Ⅲ)的化合物除Pr2O3为深蓝，Nb2O3为浅蓝，Er2O为粉红外，其他Ln2O3均为白色。Ln(OH)3具有碱性，碱性介于Ca(OH)2

和Al(OH)3

之间。Ln(OH)3均难溶于水。其溶解度随温度升高而降低。Ln(OH)3的溶度积比碱土金属的氢氧化物溶度积小得多。18.1.4镧系元素的重要化合物1.Ln(Ⅲ)的化合镧系元素氟化物难溶于水，其他卤化物多易形成水合物。

镧系元素的草酸盐溶解度也很小，是非常重要的稀土化合物。盐类中弱酸盐一般难溶，强酸盐易溶。镧系元素氟化物难溶于水，其他卤化物多易形成水2.Ln(Ⅱ)和Ln(Ⅳ)的化合物

Ce，Pr和Tb都能形成氧化值为+4的化合物；

Ce(IV)具有强氧化性E⊖=1.26VCeO2(s)+4H+(aq)+e-

Ce3+(aq)

+2H2O(l)

Sm，Eu和Yb能形成氧化值为+2的化合物。

Sm2+，Yb2+

的还原能力较强，在水溶液中易被氧化。只有Eu(II)能在固态化合物中温度存在。2.Ln(Ⅱ)和Ln(Ⅳ)的化合物Ce，P3.镧系元素的配合物

同d区元素相比，镧系元素形成的配合物种类和数量要少得多。

镧系元素形成的配合物稳定性较差。镧系元素与配合能力强的