稀土元素的化学反应复习课程
《稀土化学》复习纲要
《稀土化学》复习题要1. 写出17种稀土元素的原子电子组态和三价离子电子组态，并分析其规律。
解：如表：稀土原子的电子组态有三种类型：①无4f电子组态：钪Sc [Ar]3d14s2；钇Y[Kr]4d15s2；镧La[Xe]5d16s2②[Xe]4f n5d16s2组态（n=1，7，14）：铈Ce；钆Gd；镥Lu③[Xe]4f n组态（n=3～7，9～14）：镨Pr；钕Nd；钷Pm；钐Sm；铕Eu；铽Tb；镝Dy；钬Ho；铒Er；铥Tm；镱Yb稀土三价离子的电子组态有二种类型：①惰性气体组态：Sc 3+[Ar]；Y3+[Kr]；La3+[Xe]②[Xe]4f n组态（n=1～14）：Ce3+；Pr3+；Nd3+；Pm3+；Sm3+；Eu3+；Gd3+；Tb3+；Dy3+；Ho3+；Er3+；Tm3+；Yb3+；Lu3+2. 什么是单向变化？并解释为何出现单向变化？答：单向变化是指镧系元素的性质随原子序数增大而逐渐变化(如逐渐增大或减小等)的现象。
原因是镧系元素的4f亚层的电子随原子序数增大从0～14单调增大，而f电子云较分散，对所增加的核电荷不能完全屏蔽，有效核电荷呈单调增加，对外层电子的引力也单调增强，从而使镧系元素的性质呈单调变化趋势。
3. 什么是钆断效应？并解释为何出现钆断效应？答：钆断效应是指镧系元素的性质随原子序数的增大而呈现单调变化的关系中，在钆附近出现不连续的现象。
原因是钆具有半充满的4f 7电子结构，屏蔽能力略有增加，有效核电荷略有减少，对外层电子吸引力稍弱，从而产生了钆断效应。
4. 什么是镧系收缩？产生的原因是什么？答：镧系收缩是指镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数的增加而依次减小的现象。
原因是随着原子序数的增大，电子逐一填入4f亚层，f电子云较分散，对所增加的核电荷不能完全屏蔽，有效核电荷增加，对外层电子的引力也相应增加，使电子云更靠近核，造成了半径逐渐减小而产生了所谓的镧系收缩效应。
第八章稀土元素
2 Ln3＋离子生成配合物的稳定性多是随离子半 径的减小，即碱度减弱而增大的。例如在H－型 阳离子交换树脂上使Ln3＋离子的溶液流下，这时 Ln3＋离子将与H＋离子交换而被吸附在阳离子交 换柱上。然后，用螯合剂(如EDTA)在适当的pH 和流速下淋洗，此时，半径较小、碱度较弱、能 形成较稳定配合物的重镧系离子将从交换柱上最 先被淋洗出来。
稀土化学
1 镧系和稀土 价电子层结构、原子和离子半径、Ln3＋离子的碱度、 镧系离子的分离
2 镧系原子的一些性质 各氧化态物种的稳定性 光学性质 镧系离子的电子能级，镧系离子的电子光谱和颜色， 镧系离子的超灵敏跃迁，镧系激光，镧系荧光 磁学性质放射性
3 镧系元素性质递变的规律性 单向变化，Gd断效应，双峰效应，奇偶变化，周期性
这些显示非＋3价氧化态的诸元素有规律地分布在La 、Gd、Lu附近。这种情况可由原子结构的规律变化得到 解释：La3+、Gd3+、Lu3+分别具有4f轨道全空、半满、全 满的稳定电子层结构，因而比稳定结构多一个f电子的 Ce3+和Tb3+有可能再多失去1个4f电子而呈现+4氧化态， 而比稳定结构少一个f电子的Eu3+和Yb3+有可能少失去一 个电子而呈现+2氧化态。显然镧系离子在氧化态变化的 周期性规律正是镧系元素电子层排布呈现周期性规律的 反映。
5.2 镧系元素的一些性质
5.2.1 氧化态 下图示出镧系元素氧化态变化的规律。
可以看到: 镧系元素的特征氧化态是+3。这是由于镧 系元素的原子的第一、第二、第三电离能之和不是很大， 成键时释放出来的能量足以弥补原子在电离时能量的消耗 ，因此，他们的+3氧化态都是稳定的。除特征氧化态+3之 外，Ce、Tb以及Pr等还可显+4氧化态，Eu、Yb以及Sm等可 显+2氧化态。
第二章稀土元素化学精选精品PPT
（3）结构
氟化物组成一般为REF3·H2O; 稀土氧化物不溶于水和碱，但能溶于无机酸生成相应的盐，氧化物可以与水结合生成氢氧化物，例如用水蒸气法，令水蒸气与氧化物 R一E起N可加以热迅，速可溶以解得于到酸RE中O，(O与H)碱2和反R应E(则O生H)成3. 氢氧化物并放出氮气。
RES的结构属于面心立方NaCl型结构，每个RE原 在RE封N具闭有管立中方，晶将系金的属NRaEC与l型S 结按构一，定每的个比R例E混原合子，周缓围慢有升6个温N，原然子后，保而持每在个1N0原00子℃周，围即有可6得个到RER原ES子. ，即RE为6配位的。
稀土氧化物在空气中能吸收CO2，生成碱式碳酸盐，在 800℃进行灼烧可得到无碳酸盐的氧化物。
3.稀土氢氧化物的制备
Ce2S3 → Ce3S4→ CeS
稀土中EuS不能用该法制备，但可用H2S和EuCl反应制得。 2EuCl3 + 3H2S = 2 EuS↓+ 6HCl + S
（2）性质
1.稳定性：硫化物不溶于水，在空气中稳定，但在湿空 气中略有水解，并放出硫化氢。稀土硫化物易与酸反应 生成相应的盐，并放出硫化氢。 2.硫化物的熔点较高，RE2S3在熔点时有较高的蒸汽压，在高温 时分解，如Sm2S3与1800℃分解成Sm3S4和S，Y2S3在1700℃分解 为Y5S7.
稀土氧化物除Ce,Tb,Pr外可用RE2O3通式表示，它可通过灼 烧氢氧化物、RE2(CO3)3,RE2(C2O4)3制备，在空气中灼烧 Ce,Pr,Tb的灼烧氢氧化物、RE2(CO3)3,RE2(C2O4)3，则得到 CeO2,Pr6O11和Tb4O7等氧化合物
2.稀土氧化物的性质 稀土氧化物除Ce,Pr,Tb外可用RE2O3通式表示，可通过灼烧氢 氧化物、RE2(CO3)3或RE2(C2O4)3制备，在空气中灼烧Ce,Pr,Tb 的氢氧化物、 RE2(CO3)3或RE2(C2O4)3，则得到CeO2,Pr6O11， Tb4O7等化合物。 稀土氧化物不溶于水和碱，但能溶于无机酸生成相应的盐， 氧化物可以与水结合生成氢氧化物，例如用水蒸气法，令水 蒸气与氧化物一起加热，可以得到REO(OH)2和RE(OH)3.
稀土元素知识学习
一、稀土元素简介稀土，曾称稀土金属，或称稀土元素，是元素周期表第Ⅲ族副族元素钪、钇和镧系元素共17种化学元素的合称。
稀土是制造被称为“灵巧炸弹”的精密制导武器、雷达和夜视镜等各种武器装备不可缺少的元素。
因其天然丰度小，又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在，故叫“稀土”。
1.基本简介稀土金属，或称稀土元素，是元素周期表第Ⅲ族副族元素钪、钇和镧系元素共17种化学元素的合称。
钪和钇因为经常与镧系元素在矿床中共生，且具有相似的化学性质，故被认为是稀土元素。
与其名称暗示的不同，稀土元素（钷除外）在地壳中的丰度相当高，其中铈在地壳元素丰度排名第25，占0.0068%（与铜接近）。
然而，由于其化学性质，稀土元素很少富集到经济上可以开采的程度。
稀土元素的名称正是源自其匮乏性。
人类第一种发现的稀土矿物是从瑞典伊特比村的矿山中提取出的硅铍钇矿，许多稀土元素的名称正源自于此地。
2.元素组成稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu），以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc）和钇(Y）共17种元素，称为稀土元素。
周期系ⅢB族中原子序数为21、39和57～71的17种化学元素的统称。
其中原子序数为57～71的15种化学元素又统称为镧系元素。
稀土元素的共性是：①它们的原子结构相似；②离子半径相近（REE3+离子半径1.06×10^-10m~0.84×10^-10m，Y3+为0.89×10^-10m）；③它们在自然界密切共生。
稀土元素有多种分组方法，目前最常用的有两种：两分法：铈族稀土，La-Eu，亦称轻稀土（LREE）钇族稀土，Gd-Lu+Y，亦称重稀土（HREE）两分法分组以Gd划界的原因是：从Gd开始在4f亚层上新增加电子的自旋方向改变了。
稀土化学公开课获奖课件
RE(OH)3晶体学参数
第25页
立方晶系RE(OH）3晶体构造
第26页
稀土氢氧化物物理性质
第27页
Ce(OH)4
La(OH)3
Nd(OH)3
第28页
LnO(OH)晶格常数
第29页
稀土浓度与pH间关系
第30页
二、性质：
脱水:
2Ln(OH)3 nH2O -2nH2O 2Ln(OH)3 -2H2O 2LnO(OH) -H2O Ln2O3
➢ 2RE(NO3)3•3Mg(NO3)2•24H2O ➢ 如 Y(NO3)3•2NH4NO3•4H2O
➢ 复盐溶解度不不小于硝酸盐溶解度， La→Sm递减。一般用于分离铈组和钇组。
➢
第50页
铵复盐溶解度不小于镁复盐， 并由镧至钐递增，钇组稀土元素 （除铽外）均不能形成硝酸复盐。
某些镧系元素与铵或镁硝酸复盐相对溶解度
• 碳酸盐受热分解 ，通过RE2O2CO3中间产物阶段 (350~550℃) ，最终产物氧化物RE2O3 (800~900℃)。 分解温度大多随原子序数增长而减少。
• 溶于大多数酸，放出二氧化碳。
第55页
稀土碳酸盐在水中溶解度
第56页
5.2.3.2 晶型稀土碳酸盐制备
• 在稀土溶液中加入碳酸氢铵后发生如下 反应：
REAlO3 RECrO3 RECoO3 REGaO3 REFeO3 REMnO3 RENiO3
RETiO3 REVO3 Ba(RE，Nb)O3
第17页
稀土氧化物某些性质
第18页
第19页
稀土氧化物生成自由能
稀土氧化物活性决定于加热温度。制备 氧化物时应尽量在低温下灼烧以便获得最 高活性。稀土氧化物在加热时，可以发生 如下两个变化过程：
稀土元素及其分析化学课程设计 (2)
稀土元素及其分析化学课程设计课程背景稀土元素是现代工业发展和高科技的重要原材料，在很多领域被广泛应用，例如芯片制造、燃料电池、高温超导材料等。
由于稀土元素具有复杂的成分和结构特点，因此对稀土元素分析化学的研究和实践具有重要意义。
本课程设计旨在让学生了解稀土元素的基础知识、分析方法、应用技术等方面，培养学生的实验能力和创新意识。
课程大纲第一章：稀土元素基本概念1.稀土元素的定义、种类、分布和用途2.稀土元素的常见化学性质和物理性质3.稀土元素的电子结构和离子化趋势4.稀土元素的金属-氧化物间电子迁移谱系第二章：稀土元素分析方法1.常用的稀土元素分析方法，包括光谱法、电化学法、分离富集法等2.稀土元素分析样品处理方法及其优缺点评价3.稀土元素分析实验设计方法和数据处理方法4.稀土元素分析故障排除方法和误差分析方法第三章：稀土元素应用技术1.稀土元素在热电致冷材料中的应用2.稀土元素在氢储存材料中的应用3.稀土元素在光学材料中的应用4.稀土元素在医药、环境等领域的应用第四章：稀土元素实验设计1.稀土元素离子选择性电极的制备和性能测试2.稀土元素荧光分光光度法测定方法的建立和应用3.稀土元素高效液相色谱法测定方法的建立和应用4.其他稀土元素实验设计案例的引导和探讨教学方法本课程结合理论教学和实验操作，通过教师讲解、案例分析、学生讨论、实验设计等方式，使学生对稀土元素的基础知识和实际应用有更加深刻和全面的认识。
课程设计注重培养学生的实践能力和创新意识，鼓励学生在实验设计中发挥主观能动性，结合实际情况提出具有实际指导意义的问题和解决方案。
评估方法本课程的评估方法包括以下几个方面：1.考试成绩：主要考查学生对课程内容的掌握情况，包括理论知识、分析方法、实验设计等方面。
2.实验报告和论文：学生需提交实验设计和实验结果的报告，以及结合实践情况的小论文。
3.参与度和表现：鼓励学生积极参与讨论和实验操作，评价学生的课堂表现和参与度。
稀土元素化学课件1 共132页
镧(La)，铈(Ce)，镨(Pr)，钕(Nd)，钷(Pm)，钐(Sm)，铕(Eu)，钆(Gd） 铽(Tb)，镝(Dy)，钬(Ho)，铒(Er)，铥(Tm)，镱(Yb)，镥(Lu)， 钪（Sc），钇（Y）
稀土分离
• (1)溶剂萃取法
溶剂萃取法具有处理容量大，反应速度快，分离效果 好的优点，它已经成为稀土分离中使用的最主要手段
• (2)离子交换法
离子交换法是稀土元素分离和制备单一稀土元素的重要 方法
• (3)萃淋树脂法
萃淋树脂法利用萃取柱色层法分离稀土，是液体色层 法的一种特殊形式
稀土应用
• (1) 冶金工业 • (2)玻璃、陶瓷工业 • (3) 石油化工中 • (4) 核工业 • (5)光学材料 • (6)电子工业 • (7)高温超导材料
1935年，《中国地质学会志》 第14卷第2期正式发表了何作霖的 题为《绥远白云鄂博稀土类矿物的 初步研究》(英文)的论文，他在论 文中正式公布他的研究成果，分别 将他在白云鄂博矿中发现的两种稀 土矿物暂时命名为“白云矿”和“ 鄂博矿”。后证实“白云矿”就是 氟碳铈矿，“鄂博矿”就是独居石 。于是大家公认，丁道衡是白云鄂 中国发现稀土第一人——何作霖 博矿山的发现者，而何作霖却是发 现其中稀土的第一人 。
轻稀土和重稀土两组，其中轻稀土又称铈组元素， 包括La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu；重稀土又称 钇组元素，包括Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb， Lu和Y ；
轻、中和重稀土三组。轻稀土为La，Ce，Pr，Nd； 中稀土为Sm，Eu，Gd，Tb，Dy；
稀土分为四组：铈组为La，Ce，Pr；钐组为Nd，Sm ，Eu；铽组为Gd，Tb，Dy；铒组为Ho，Er，Tm， Yb，Lu，Y。
稀土元素的反应-周敏
稀土元素的氢氧化物
（1）二价稀土元素的氢氧化物 用 NaOH溶液和金属Eu反应生成Eu(OH)2 Eu+3H2O → Eu(OH)2+H2 （2）三价稀土元素的氢氧化物 将氨水或碱加入稀土盐溶液中，沉淀出 RE(OH)3： 3NH3+LaCl3+3H2O→La(OH)3+3NH4Cl
稀土元素的卤化物
稀土元素硼化物
稀土元素碳化物
稀土与碳生成三种主要类型的碳化物： RE3C ， REC2和RE2C3。 制备方法如下： （1）将稀土氧化物和碳放在坩埚中，加热至 2000℃，当碳略过量时，可生成二碳化物。 RE2O3+7C2 → REC2+3CO （2）稀土金属氢化物和石墨混合，在真空中 加至1000oC，亦可得到碳化物 。
Re +H2O=RE(OH)3+H2
5、溶于盐酸、稀硫酸及硝酸中，生成相应的稀土盐。
二、稀土元素的化合物
1、 稀土元素氧化物 2、 稀土元素氢氧化物 3、 稀土元素卤化物 4、 稀土元素氢化物 5、 稀土元素硼化物 6、 稀土元素碳化物 7、 稀土元素硅化物 8、 稀土元素硫化物 9、 稀土元素配位化合物 10、稀土元素含氧酸盐 11、稀土金属有机化合物
稀土元素的化学反应
专业：应用化学 学号：126406347
姓名：周敏
一、稀土金属的化学性质
1、在过渡元素中，稀土元素化学性质较活泼。稀土金属 可以作为强还原剂。在空气中，稀土元素的稳定性随其 原子序数的增加而增加。 2、在一定温度下，稀土元素与惰性气体以外的其他非金 属元素反应形成二元化合物。 3、稀土金属还与许多金属形成某些具有特殊性能的化合 物，例如SmCo6具有优良磁性。 4、稀土金属还能与水反应，生成氢氧化物和氢气。
稀土元素化学第一章-文档资料
课程说明： 稀土元素化学是对基地班和用化 学班学生开设的一门专业课，计划学 时32学时，2学分。 考试方式：笔试成绩占60％，到 课率占20％，笔记占20％，总评成绩 60分为及格，即可获得2学分。 要求 ：按时上课、认真听课、 记好笔记、认真复习。 参考书：张若桦著，申泮文校 《稀土元素化学》； 徐光宪著《稀土》。
新建 Micr元素周期表.ppt
２.稀土元素基组态电子结构： (1)电子结构： Sc:[Ar]3d14s2 Sc3+:[Ar]3d04s0 Y:[Kr] 4d15s2 Y3+: [Kr] 4d05s0
La:[Xe] 5d16s2 Ce:[Xe]4f1 5d16s2 Pr:[Xe]4f3 6s2 Nd:[Xe]4f4 6s2 Pm:[Xe]4f5 6s2 Sm:[Xe]4f6 6s2 Eu:[Xe]4f7 6s2
La3+:[Xe] 5d06s0 Ce3+: [Xe]4f1 Ce4+: [Xe]4f0 Pr3+: [Xe]4f2 Pr4+: [Xe]4f1 Nd3+: [Xe]4f3 Pm3+: [Xe]4f4 Sm3+: [Xe]4f5 Sm2+: [Xe]4f6 Eu3+: [Xe]4f6 Eu2+: [Xe]4f7
本课程在于使学生对稀土元素的基本 性质及一些重要的稀土功能材料有较详尽 的了解。为你们今后从事稀土化学研究打 下良好的基础。 稀土元素概述；稀土元素电子层结构; 光谱性质及磁性质；稀土荧光激光特性； 正三价化合物；高价和低价化合物；稀土 金属； 稀土配位化合物；稀土元素的提取； 稀土元素的分离；功能材料。
61号元素Pm 的发现： 61号元素Pm 是放射性元素，１４７Pm T1/2:2.64 年，在自然界很难找到它，是铀裂变的产物。 早在1902年B.Braunes推测Nd和Sm之间应有一种 元素，1914 年H.G.Meseley 在发现了X-射线光谱学与 原子序数的简单对应关系后，确认61 号元素的存在。 1926年B.S.Hopkins在X-射线光谱中找到了61号元 素。 1947 年J.A.Marinsky and L.E.Glendenin从铀的 裂变产物中找到了61号元素，命名为钷，半衰期2.64 年。 1972年在天然铀矿提取物中发现钷，从此钷不在是 人工合成元素。
化学课程 稀土元素 (RE)
Y2O3:Eu ， Y2O2S:Eu Gd2O2S:Tb LaOBr:Tb:Yb
红色 绿色 蓝色
Yf Phosphors
(5) 磁性材料
阿 尔
法
钕铁硼系列、钕钛硼
磁 谱
系列的稀土永磁铁
仪
(6) 超导材料：
1986 年 ,Bedonorz 和 Muller 制出， 35K BaxLa5-xCu5O5(3-y) (x=1 或 0.75) ，由此获得 1987 年诺贝尔物理奖。
鄂博矿
独居石 (Ce,La, Nd,Th) [PO4]
棕红色、黄色，有时褐黄 色，油脂光泽
白云矿 氟碳铈矿 MCO3F
3. 用途 :
(1) 冶金工业 : 稀土产量一半用于冶金 工业
(2) 化学工业 : 稀土催化 剂 石油催化裂解 , 使用镧系元素的氯化物 , 磷
酸盐 (3) 玻璃工业 :
(4) 光学材 料 La 、 Nd 、 Sm 、 Eu
(7) 能源：如储氢材料 LaNi5
(8) 原子能工业： Sm Gd Dy Lu 强烈吸收中子 , 控制反应速
度。
(9) 农业：氯化稀土，硝酸稀土制
成
稀土微肥
(10，)增医产药，：增 甜药。物 、 医 疗 器
械
稀土增效复混肥
上转化材料 (up-conversion materials)
X. G. Liu et al. Nature Mater. 2011, 10, 968–973
13.3 稀土元素 (RE)
1. 概念 :
LLnn++YY++SScc
轻稀土 铈
重稀土
组
钇组
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu (Y) (Sc)
稀土元素分析化学PPT课件
稀土元素具有丰富的电子能级，可与 其他元素形成稳定的化合物，表现出 独特的物理和化学性质，如荧光、催 化、磁性等。
稀土元素在地壳中的分布
分布
稀土元素在地壳中分布广泛，但 相对集中于某些矿物中，如氟碳 铈矿、独居石等。
储量
全球稀土资源丰富，主要分布在 中国、美国、澳大利亚等国家。
稀土元素的重要应用
04
CATALOGUE
稀土元素的分析方法
质谱法
总结词
高灵敏度、高分辨率
详细描述
质谱法是一种通过测量样品离子质量和丰度来进行分析的方法。在稀土元素分析中，质 谱法具有高灵敏度和高分辨率的特点，能够准确地测定稀土元素的质量数，进而确定元
素组成。
原子吸收光谱法
总结词
高精度、低背景干扰
VS
详细描述
原子吸收光谱法是一种基于原子能级跃迁 的分析方法。通过测量特定波长的光被吸 收的程度，可以确定样品中目标元素的存 在和浓度。在稀土元素分析中，原子吸收 光谱法具有高精度和低背景干扰的优点， 能够准确测定稀土元素的含量。
稀土元素分析化学的定义与重要性
定义
稀土元素分析化学是研究稀土元素的性质、组成、结构和形态，以及它们在环 境、材料和生物体内的存在、迁移、转化和检测的科学。
重要性
稀土元素在高科技产业、新材料、新能源等领域具有广泛应用，因此准确测定 稀土元素的含量和分布对于科学研究、工业生产和环境保护具有重要意义。
稀土元素分析化学的主要方法
THANKS
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分析准确度与精密度的提高
总结词
提高分析准确度与精密度是稀土元素 分析化学的重要挑战，有助于减小误 差和提高分析质量。
详细描述
随着分析技术的发展，稀土元素分析 化学将不断提高准确度和精密度，减 少误差和不确定性，提高分析质量， 以满足更严格的质量控制和检测要求 。
稀土元素的反应-周敏
稀土元素的氢氧化物
（1）二价稀土元素的氢氧化物 用 NaOH溶液和金属Eu反应生成Eu(OH)2 Eu+3H2O → Eu(OH)2+H2 （2）三价稀土元素的氢氧化物 将氨水或碱加入稀土盐溶液中，沉淀出 RE(OH)3： 3NH3+LaCl3+3H2O→La(OH)3+3NH4Cl
稀土元素的卤化物
稀土元素含氧酸盐
（一）稀土元素的碳酸盐
1、向可溶性的稀土盐溶液中加入略过量的(NH4) 2CO3溶液，可生成稀土碳酸盐沉淀。 2RE3++3CO32- → RE2(CO3)3↓ 2、RE2(CO3)3在900℃时热分解为氧化物。 在有 水存在时，分解过程中存在这中间碱式盐 RE2O3· 2· 2O。 2CO 2H
1、在熔化的硼酸盐浴中电解稀土氧化物来制 备。 2、用碳还原稀土元素的氧化物和硼的氧化物
如：La2O3+4B2O3+15C → 2LaB4+15CO 3、用碳化硼还原稀土氧化物 如：Y2O3+3B4C → 2YB6+3CO 4、用单质硼还原稀土氧化物 在1500-1800oC下反应 2Sc2O3+22B → 4ScB4+3B2O2(g)
Re +H2O=RE(OH)3+H2
5、溶于盐酸、稀硫酸及硝酸中，生成相应的稀土盐。
二、稀土元素的化合物
1、 稀土元素氧化物 2、 稀土元素氢氧化物 3、 稀土元素卤化物 4、 稀土元素氢化物 5、 稀土元素硼化物 6、 稀土元素碳化物 7、 稀土元素硅化物 8、 稀土元素硫化物 9、 稀土元素配位化合物 10、稀土元素含氧酸盐 11、稀土金属有机化合物
稀土元素硅化物
1 、稀土的硅化物有RESi 、RESi2、RE3Si5、 RE5Si和RE3Si2等类型。 2 、制备方法有： （1）在熔化的硅酸盐浴中电解稀土氧化物 （2）用硅还原稀土氧化物 （3）单质直接化合 将单质硅和金属粉末混 合作成团块，在真空中融化，可制得RESi2。
稀土元素-PPT课件
→ 1/2Cl2
熔盐电解法
通过电流密度、电解槽温度及电解液组成等 条件控制，使电解在析出稀土金属的范围进行。 氧化物-氟化物熔盐体系的电解是利用稀土氧 化物溶解在氟化物（作为助熔剂）中电解，电解 时的反应为 ： 阴极 RE3+ + 3e→ RE
阳极
O 2- +
2O2+
C → CO
C
+
2e+ 4e-
土有机物，看来既安全又有益。 细胞有作用；对甲状腺结构变化有影响。 稀土杂多配合物显示出较强的抗 稀土是有效的杀菌物。稀土化合物在医药方面 ② 对内分泌系统作用 爱滋病毒活性及较低的细胞毒性，是 的应用显示其特点及优越性，对于改善药物的 目前为止发现的一种较好的抗爱滋病 性能、提高药效找到了新的途径。 ③ 对神经系统的作用 毒杂多配合物。
萃取
洗涤
反萃取
从稀土元素的电极反 应的标准电势值可知， 稀土金属非常活泼， 且稀土氧化物的生成 热很大，十分稳定， 制备纯金属比较困难， 通常采用熔盐电解法 和金属热还原法等。
镧系元素的标准电极电势 /V
熔盐电解法
用于制取大量混合稀土金属或单一稀土金属， 电解液：无水RECl3、助熔剂（NaCl或KCl）。 如果原料为混合的RECl3，电解产物为混合 稀土金属；如果原料为单一的RECl3，则电解产 物也是唯一的稀土金属。 有关的电极反应为： 阴极 阳极 RE3+ Cl+ 3e→RE + e-
稀 土 元 素 的 发 现
稀土金属是芬兰学者加多林 (Johan Gado1in)在1794年发现的。 当时在瑞典的矿石中发现了矿物 组成类似“土”状物而存在的钇 土，且又认为稀少，便定名为 (Baxe Earth)。
2012级元素化学稀土元素讲义要点
《元素化学》讲义要点第8章稀土元素教学要求1．掌握稀土元素的电子构型与性质的关系。
2．掌握镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响。
3．了解镧系和锕系以及与d过渡元素在性质上的异同。
4．一般了解它们的一些重要化合物的性质。
教学重点镧系元素的电子构型，镧系收缩。
教学难点镧系元素的电子构型与性质的关系，镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响。
教学时数4学时§ 8.1 稀土元素概述§8.1.1 稀土元素稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。
其名称和符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。
其原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。
§22-1-1 概述稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。
其名称和符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。
其原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。
稀土元素因其电子结构和化学性质相近而共生，电子4F层电子数的不同，每个稀土元素又具有特殊的个性，同一结构或体系的稀土材料可具有两种或两种以上的物理和化学特性，随着稀土元素特殊性质的不断认识和发现，每隔3～5年，就会找到稀土的一种新的用途，特别是它们的光学、磁学性质已广泛地应用在当今新材料、新技术领域，目前含有稀土的功能材料已达50多类，包括光学材料、磁性材料、电子材料、核物理材料、化学材料等。
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稀土金属的制备
金属的热还原法
（1）氟化物金属热还原法
3Ca + 2REF3 1450-1750℃ 3CaF2 + 2RE
（2）卤化金属热还原法 2LnCl3 + 3Ca = 2Ln + 3CaCl2 ↑
(3)氧化金属热还原法
Ln(液 ) + RE203(固) 1200-1350℃ La2O3(固) + 2RE(气)
稀土离子的卤素络合物
稀土离子可以和F-，Cl-，Br-，I- 生成絡离子，其中与F-生成的络合物最稳定， 在水溶液中络合反应为
Ln3+ + HF = LnF2+ + H+
稀土离子与碳酸根卤素络合物 La3+ + H2CO3 = LaCO3+ + 2H+
卤化物的水合过程
LnCl3(s) + NH2O(l) = LnCl3·nH2O（S）
水合卤化物在高温下脱水，得到的最后产物是碱式盐，因为在脱水的过程中， 同时发生水解作用：
LnCl3 + H2O = LnOCl + 2HCl ↑
LnCl3·nH2O(s)和LnCl3(s)在水中的溶解过程可以写为：
LnCl3·nH2O(s) + aq = Ln3-(aq) +3Cl-(aq) + n H2O
虽然稀土元素在地壳中的丰度度很大（元素丰度是指研究体系 中被研究元素的相对含量，用重量百分比表示），但由于分布比较 分散，彼此又十分相似，因此，提取和分离比较困难。
镧系元素原子核每增加一个质子，相应的就有一个电子添加到4f 轨道中。与6s和5s，5p轨道相比，4f轨道对核电荷有较大的屏蔽作用。 因此，随着原子序数的增加，有效核电荷数增加缓慢，最外层电子 受核的引力只是缓慢的增加，导致原子和离子半径虽呈现减小的趋 势，但减小的幅度很小。这就是镧系元素的收缩效应。离子半径比 原子半径的收缩效应更显著。这是因为离子比原子少一个电子层， 镧系元素的原子失去最外层6s电子以后，4f轨道则处于倒数第二层， 这种离子状态的4f轨道比原子状态的4f轨道对核电荷的屏蔽作用小， 从而使得离子半径的收缩效果比原子半径明显。
LnCl3(s) + aq Ln3+ =（aq）+ 3Cl-(aq)
稀土盐类
（1）卤化物
向镧系金属氢氧化物，氧化物，碳酸盐中加盐酸就可以得到卤化物。卤化物在水 溶液析出时，带有结晶水。由于Ln3+电荷高，所以镧系元素的水合卤化物受热脱水 时将发生水解，生成碱式盐，放出HCl
LnCl3 ·nH20
LnOCl + 2HCl ↑ + (n-1) H20
稀土金属与卤素作用
在高于200℃的温度下，稀土金属均能卤素发生剧烈反应，主要生成三价的REX3型化合 物。其作用强度由氟向碘减弱。而钐铕还可以生成REX2型，铈可以生成REX4型的化合 物，但都属于不稳定的化合物。除氟化物外，稀土卤化物均有很好的吸湿性，且易水解 生成REOX型卤化物，其强度可以由卤到碘递增。
稀土氨化物
金属Eu和Yb均能溶解在液氨中，得到蓝色溶液，对溶液适当处理得 到RE(NH2)2和RE(NH3)6两种氨化物。
RE (g) = E2+ (氨) + 2eEu(NH2)2是橙色固体，易水解为黄色Eu(OH)2·H2O，并慢慢氧化为 Eu(OH)3 Eu(NH3)6和Yb(NH3)6可以分解。
无水卤化物需要HCl气氛的保护；
LnCl3·6H2O HCl LnCl3 + 6H2O
制备纯的无水盐，可以采用是氧化物卤化的方法，在反应体系中加入碳粉进行耦 合，使得反应进行完全。
Ln2O3 + 3C + 3Cl2
2LnCl3 + 3CO ↑
在于镧其系他金卤属化卤物化 ，物在3中m，ol溴/dm化3物,Ln和3+与碘氢化氟物酸与或卤F化–仍物可相以似反，应只生有成LnLFn3F的3沉溶淀素的草酸盐不仅难溶于水，也难溶于稀酸，利用这一特点可以把镧系金属离子以 草酸盐形式析出，从而与其他金属离子分离。草酸盐经过灼烧得到是相应的氧化物。但在 无水草酸盐转化成氧化物的过程首先得到碳酸盐。
Ln2(C2O4)3
Ln2(CO3)3 + 3CO ↑
稀土金属与金属元素作用
稀土金属几乎能与所有的金属元素作用,生成不同的金属间化合物。 与镁生成REMg、REMg2、REMg4等化合物（稀土金属微溶于镁） 与Al生成RE3Al、RE3Al2、REAl、REAl2、REAl3、RE3Al4等化合物 与钴生成RECo2、RECo3、RECo4、RECo5、RECo7等化合物，其中Sm2Co7、SmCo 永磁材料
Eu(NH3)6 (S) = Eu (s) + 6NH3 (g)
稀土金属与水和酸作用
• 稀土金属能分解水,在冷水中作用缓慢，在热水中作用较快，并迅 速放出氢气。 RE + 3H2O = RE(OH)3 + 3/2H2
• 稀土金属能溶解在稀盐酸，硫酸，硝酸中，生成相应的盐。在氢 氟酸和磷酸中不易溶解，这是由于生成难溶的氟化物和磷酸盐膜 所致。 RE + 3HCl = RECl3 + 3/2H2
稀土元素的化学反应
学院：化学工程学院 专业：化学工程 学号：136061119 姓名：马可
稀土元素性质
镧系元素以及钪、钇共17种元素统称为稀土元素，用RE表示。 有镧La(lan)、铈Ce(shi)、镨Pr(pu)、钕Nd(nv)、钷Pm(po) 、钐 Sm(shan) 、铕Eu(you) 、钆Gd(ga)，铽Tb(te)、镝Dy(di)、钬 Ho(huo)、铒Er(er)、铥Tm(diu)、镱Yb(yi)、镥Lu(lu)以及钇 Y(yi)、钪Sc（kang） 。镧系元素的化学符号统一用Ln代表。
稀土离子的水解反应
稀土离子的水解反应可以看作是稀土的水和离子中部分配位水分子 电离生成氢氧根络合物：
RE(H2O)63+ + nH2O
[RE(H2O)6-n(OH)n]3-n + nH3O+
如La3+的水解反应可以写为 La3+ = La(OH)2+ + H+
稀土离子在水溶液中会发生水解,水解程度随原子序数的增加而增加 3Ce3+ + 5H2O = [ Ce3(OH)3]4+ + 5H+