无机化学(第六版)电子教案——大连理工大学 (18)
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子数 构型
Ln 电子 构型
元 素 名 称
镧 5d16s2 4f0 0
无色
0 4f14 4f145d16s2 镥
铈 4f15d16s2 4f1 1
无色
1 4f13 4f146s2 镱
镨 4f36s2 4f2 2 黄绿｜浅绿 2 4f12 4f136s2 铥
钕 4f46s2 4f3 3 红紫｜淡红 3 4f11 4f126s2 铒
钷 4f56s2 4f4 4 粉红｜淡黄 4 4f10 4f116s2 钬
钐 4f66s2 4f5 5 浅黄 5 4f9 4f106s2 镝
铕 4f76s2 4f6 6 浅粉红 6 4f8 4f96s2 铽
钆 4f75d16s2 4f7 7 无色 7 4f7 4f75d16s2 钆
18.1.3 镧系元素的单质
§18.1 镧系元素
18.1.1 稀土元素简介 18.1.2 镧系元素概述 18.1.3 镧系元素的单质 18.1.4 镧系元素的重要化合物
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。
4. 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。
Ln3+ 的电子构型及颜色
元 素 名 称
Ln 电子 构型
Ln3+ Ln3+ 电子 单电
构型 子数
M3+ 的颜色
Ln3+ Ln3+ 单电 电子
其实稀土元素并不很稀少。Ce 地壳 中的质量分数为 6.8 10－3 %。比 Cu 含 量多。
其实稀土元素并不很稀少。Ce 地壳 中的质量分数为 6.8 10－3 %。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。
第十八章 f区元素
§18.1 镧系元素 §18.2 锕系元素 §18.3 核化学简介
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。
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 镧 铈镨钕 钷 钐铕
盐类中弱酸盐一般难溶，强酸盐易溶。
2. Ln(Ⅱ)和Ln(Ⅳ)的化合物
原Байду номын сангаас半径 / pm
180 188 182 183 182 180 180 204 180 178 177 177 176 175 194 173
常见氧化值 第三电离能 /(kJ·mol-1)
+3 +3 +3，+4 +3，+4 +3 +3 +2，+3 +2，+3 +3 +3，+4 +3 +3 +3 +3 +2，+3 +3
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）。
4. 稀土金属的制备
(1) 金属热还原法 (2) 熔盐电解法
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
Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 钆铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥
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。
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm 锕钍镤铀镎 钚镅 锔
Bk Cf Es Fm Md No Lr 锫 锎 锿 镄钔 锘 铹
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。
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。
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。
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。
1986 1855 1955 2093 2142 (2150) 2267 2410 1996 2122 2203 2210 2197 2292 2424 2027
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 。 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。
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。
2. 镧系元素的提取
(1) NaOH分解法 (2) H2SO4分解法 (3) 氯-碳分解法
3. 稀土元素的分离
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 元素 序数 符号
元素 名称
39 Y
钇
57 La
镧
58 Ce
铈
59 Pr
镨
60 Nd
钕
61 Pm
钷
62 Sm
钐
63 Eu
铕
64 Gd
钆
65 Tb
铽
66 Dy
镝
67 Ho
钬
68 Er
铒
69 Tm
铥
70 Yb
镱
71 Lu
镥
价层电子 结构
4d15s2 5d16s2 4f15d16s2 4f36s2 4f46s2 4f56s2 4f66s2 4f76s2 4f75d16s2 4f96s2 4f106s2 4f116s2 4f126s2 4f136s2 4f146s2 4f145d16s2
Ln 电子 构型
元 素 名 称
镧 5d16s2 4f0 0
无色
0 4f14 4f145d16s2 镥
铈 4f15d16s2 4f1 1
无色
1 4f13 4f146s2 镱
镨 4f36s2 4f2 2 黄绿｜浅绿 2 4f12 4f136s2 铥
钕 4f46s2 4f3 3 红紫｜淡红 3 4f11 4f126s2 铒
钷 4f56s2 4f4 4 粉红｜淡黄 4 4f10 4f116s2 钬
钐 4f66s2 4f5 5 浅黄 5 4f9 4f106s2 镝
铕 4f76s2 4f6 6 浅粉红 6 4f8 4f96s2 铽
钆 4f75d16s2 4f7 7 无色 7 4f7 4f75d16s2 钆
18.1.3 镧系元素的单质
§18.1 镧系元素
18.1.1 稀土元素简介 18.1.2 镧系元素概述 18.1.3 镧系元素的单质 18.1.4 镧系元素的重要化合物
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。
4. 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。
Ln3+ 的电子构型及颜色
元 素 名 称
Ln 电子 构型
Ln3+ Ln3+ 电子 单电
构型 子数
M3+ 的颜色
Ln3+ Ln3+ 单电 电子
其实稀土元素并不很稀少。Ce 地壳 中的质量分数为 6.8 10－3 %。比 Cu 含 量多。
其实稀土元素并不很稀少。Ce 地壳 中的质量分数为 6.8 10－3 %。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。
第十八章 f区元素
§18.1 镧系元素 §18.2 锕系元素 §18.3 核化学简介
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。
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 镧 铈镨钕 钷 钐铕
盐类中弱酸盐一般难溶，强酸盐易溶。
2. Ln(Ⅱ)和Ln(Ⅳ)的化合物
原Байду номын сангаас半径 / pm
180 188 182 183 182 180 180 204 180 178 177 177 176 175 194 173
常见氧化值 第三电离能 /(kJ·mol-1)
+3 +3 +3，+4 +3，+4 +3 +3 +2，+3 +2，+3 +3 +3，+4 +3 +3 +3 +3 +2，+3 +3
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）。
4. 稀土金属的制备
(1) 金属热还原法 (2) 熔盐电解法
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
Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 钆铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥
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。
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm 锕钍镤铀镎 钚镅 锔
Bk Cf Es Fm Md No Lr 锫 锎 锿 镄钔 锘 铹
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。
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。
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。
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。
1986 1855 1955 2093 2142 (2150) 2267 2410 1996 2122 2203 2210 2197 2292 2424 2027
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 。 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。
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。
2. 镧系元素的提取
(1) NaOH分解法 (2) H2SO4分解法 (3) 氯-碳分解法
3. 稀土元素的分离
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 元素 序数 符号
元素 名称
39 Y
钇
57 La
镧
58 Ce
铈
59 Pr
镨
60 Nd
钕
61 Pm
钷
62 Sm
钐
63 Eu
铕
64 Gd
钆
65 Tb
铽
66 Dy
镝
67 Ho
钬
68 Er
铒
69 Tm
铥
70 Yb
镱
71 Lu
镥
价层电子 结构
4d15s2 5d16s2 4f15d16s2 4f36s2 4f46s2 4f56s2 4f66s2 4f76s2 4f75d16s2 4f96s2 4f106s2 4f116s2 4f126s2 4f136s2 4f146s2 4f145d16s2