第十四章镧系和锕系元素-PPT精选
合集下载
第14章 镧系与锕系元素
89--------------------103 (15种） Ac---------------------Lr
2019/12/21
6
§14-2 镧系元素的电子层结构和通性
一、电子层结构 La:5d16s2;余皆有4f电子。
2019/12/21
7
二、镧系收缩
1.定义：镧系元素的原子半径和离子半径，其总的 趋势是随原子序数的增大而减小。
10
三、氧化态
+3为镧系元素常见和特征氧化态，少量 +2，+4不稳定。
2019/12/21
11
2019/12/21
12
2019/12/21
13
2019/12/21
14
2019/12/21
15
2019/12/21
16
3
2019/12/21
4
2019/12/21
5
镧系Ln(15种） 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Lu 轻稀土（铈组） 重稀土(包括Sc、Y)(钇组)
Ln、Sc、Y—稀土元素（17种）用RE表示 锕系元素（An)
2.特点：⑴ 镧系内原子半径呈缓慢减小趋势；
⑵ 结果造成Hf和Ta的原子半径与同族的Zr 和Nb的原子半径极为相近。
2019/12/21
8
⑶ 离子半径收缩效果比原子半径明显 ⑷ Eu(63) 、Yb(70)原子半径反常 ⑸ 收缩后果…………
如何从理论上解释?
2019/12/21
9
2019/12/21
第十四章 镧系和锕系元素
2019/12/21
6
§14-2 镧系元素的电子层结构和通性
一、电子层结构 La:5d16s2;余皆有4f电子。
2019/12/21
7
二、镧系收缩
1.定义：镧系元素的原子半径和离子半径，其总的 趋势是随原子序数的增大而减小。
10
三、氧化态
+3为镧系元素常见和特征氧化态，少量 +2，+4不稳定。
2019/12/21
11
2019/12/21
12
2019/12/21
13
2019/12/21
14
2019/12/21
15
2019/12/21
16
3
2019/12/21
4
2019/12/21
5
镧系Ln(15种） 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Lu 轻稀土（铈组） 重稀土(包括Sc、Y)(钇组)
Ln、Sc、Y—稀土元素（17种）用RE表示 锕系元素（An)
2.特点：⑴ 镧系内原子半径呈缓慢减小趋势；
⑵ 结果造成Hf和Ta的原子半径与同族的Zr 和Nb的原子半径极为相近。
2019/12/21
8
⑶ 离子半径收缩效果比原子半径明显 ⑷ Eu(63) 、Yb(70)原子半径反常 ⑸ 收缩后果…………
如何从理论上解释?
2019/12/21
9
2019/12/21
第十四章 镧系和锕系元素
天津大学无机化学课件第十四章镧系与锕系元素
课件
8
1750
Lu
1550
熔点/℃
1350
1150
950
750
Eu
Yb
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
原子序数
双峰效应——熔点在Eu、Yb处出现
骤降的现象
2019/11/5
课件
9
∑(I1+I2+I3)/(kJ·mol-1)
4200
Yb
Eu
4000
Image Nd3+(4f3) 3
淡红
3 Er3+(4f11)
Pm3+(4f4) 4 粉红淡黄 4 Ho3+(4f10)
Sm3+(4f5) 5
黄
5 Dy3+(4f9)
Eu3+(4f6) 6
淡红
6 Tb3+(4f8)
Gd3+(4f7) 7
无
7 Gd3+(4f7)
2019/11/5
课件
14
无机化学多媒体电子教案
Lu
3800
3600
3400
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
原子序数
双峰效应——第一、二、三电离能在
2019/11/5
Eu、Yb处出现骤升的现象
课件
10
Ln3+半径/pm
105
离子半径100Fra bibliotek9590
85
80
75
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
镧系元素和锕系元素.pptx
某些锕系元素的配位数为 7，9。
2019-6-29
谢谢观赏
35
23－2－2 锕系元素重要单质和化合物
1 铀及其化合物
铀是银灰色活泼金属，在空气中易被氧 化而变黑，密度大，与金相近。
铀能溶于酸，并能与许多非金属单质直 接化合。
2019-6-29
谢谢观赏
36
铀主要以氧化物 U3O8的形式存在于沥 青铀矿中。
21
2 稀土盐类
（1）卤化物 镧系金属卤化物中研究最多的是氯化物。
向镧系金属氢氧化物、氧化物、碳酸 盐中加盐酸均可得到氯化物。
2019-6-29
谢谢观赏
22
由于 Ln3+ 的电荷高，所以镧系元素的水 合氯化物受热脱水时发生水解：
△
LnCl3 ·nH2O —— LnOCl + 2 HCl ↑+（n－1）H2O
镧系元素的草酸盐难溶于水，也难溶于 稀酸。
可用向硝酸盐或氯化物的溶液中加草酸 和 6 mol • dm3 硝酸的方法得到草酸盐沉 淀。
草酸盐经过灼烧可得相应的氧化物。
2019-6-29
谢谢观赏
25
3 配位化合物
镧系元素生成配合物的能力小于过渡元素， 但大于碱土金属。
Ln3+ 与配体之间的相互结合以静电作用 为主， 配位数一般较大。
铀最稳定的价态是 +6 价，由于正电荷高， 在溶液中常以铀酰 UO22+ 的形式存在。
UO22+ 呈黄绿色并带荧光，能水解。
2019-6-29
谢谢观赏
37
UO3 溶于 HNO3 则生成硝酸铀酰：
UO3 + 2HNO3 —— UO（2 NO3）2 + H2O
2019-6-29
谢谢观赏
35
23－2－2 锕系元素重要单质和化合物
1 铀及其化合物
铀是银灰色活泼金属，在空气中易被氧 化而变黑，密度大，与金相近。
铀能溶于酸，并能与许多非金属单质直 接化合。
2019-6-29
谢谢观赏
36
铀主要以氧化物 U3O8的形式存在于沥 青铀矿中。
21
2 稀土盐类
（1）卤化物 镧系金属卤化物中研究最多的是氯化物。
向镧系金属氢氧化物、氧化物、碳酸 盐中加盐酸均可得到氯化物。
2019-6-29
谢谢观赏
22
由于 Ln3+ 的电荷高，所以镧系元素的水 合氯化物受热脱水时发生水解：
△
LnCl3 ·nH2O —— LnOCl + 2 HCl ↑+（n－1）H2O
镧系元素的草酸盐难溶于水，也难溶于 稀酸。
可用向硝酸盐或氯化物的溶液中加草酸 和 6 mol • dm3 硝酸的方法得到草酸盐沉 淀。
草酸盐经过灼烧可得相应的氧化物。
2019-6-29
谢谢观赏
25
3 配位化合物
镧系元素生成配合物的能力小于过渡元素， 但大于碱土金属。
Ln3+ 与配体之间的相互结合以静电作用 为主， 配位数一般较大。
铀最稳定的价态是 +6 价，由于正电荷高， 在溶液中常以铀酰 UO22+ 的形式存在。
UO22+ 呈黄绿色并带荧光，能水解。
2019-6-29
谢谢观赏
37
UO3 溶于 HNO3 则生成硝酸铀酰：
UO3 + 2HNO3 —— UO（2 NO3）2 + H2O
无机化学课件第十四章镧系与锕系元素
原子序数
离子半径随原子序数的增加而缓慢减小
2024/3/11
课件
10
14-1-3 金属活泼性
符号
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu
2024/3/11
∑I(I1+I2+I3) (kJ·mol-1)
符号
∑I(I1+I2+I3) (kJ·mol-1)
3455.4
Gd
3752
13452-14 -3 金属Tb活泼性3786
课件
7
1750
Lu
1550
熔点/℃
1350
1150
950
750
Eu
Yb
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
原子序数
双峰效应——熔点在Eu、Yb处出现
骤降的现象
2024/3/11
课件
8
∑(I1+I2+I3)/(kJ·mol-1)
4200
Yb
Eu
4000
61
钷 Pm 68
饵 Er
62
钐 Sm
69
铥 Tm
63
铕 Eu
70
镧202系4/3/1元1 素简写为Ln
课件
镱 Yb
2
14-1-1价层电子构型和氧化数
镧符系号元价素层原电子子的氧电化子数层结符构号最价外层层电和子次外氧层化基数本 相同，只构是型4f上电子数不同，因构而型性质十分相似
La 5d16s2 +3 Gd 4f75d16s2 +3
离子 未成对 颜色 未成对 离子
(4fn) 4f 电子数
4f 电子数 (4fn)
离子半径随原子序数的增加而缓慢减小
2024/3/11
课件
10
14-1-3 金属活泼性
符号
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu
2024/3/11
∑I(I1+I2+I3) (kJ·mol-1)
符号
∑I(I1+I2+I3) (kJ·mol-1)
3455.4
Gd
3752
13452-14 -3 金属Tb活泼性3786
课件
7
1750
Lu
1550
熔点/℃
1350
1150
950
750
Eu
Yb
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
原子序数
双峰效应——熔点在Eu、Yb处出现
骤降的现象
2024/3/11
课件
8
∑(I1+I2+I3)/(kJ·mol-1)
4200
Yb
Eu
4000
61
钷 Pm 68
饵 Er
62
钐 Sm
69
铥 Tm
63
铕 Eu
70
镧202系4/3/1元1 素简写为Ln
课件
镱 Yb
2
14-1-1价层电子构型和氧化数
镧符系号元价素层原电子子的氧电化子数层结符构号最价外层层电和子次外氧层化基数本 相同，只构是型4f上电子数不同，因构而型性质十分相似
La 5d16s2 +3 Gd 4f75d16s2 +3
离子 未成对 颜色 未成对 离子
(4fn) 4f 电子数
4f 电子数 (4fn)
镧系元素和锕系元素
经过高温灼烧的 Ln2O3 在强酸
中的溶解性较差，灼烧温度较低的溶
解性较好。 镧系的氧化物与酸反应形成镧系
的盐类 。
例如
La2O3 + 6 HNO3 —— 2 La （NO3） 3 + 3 H2O Dy2O3 + 6 HCl —— 2 DyCl3 + 3 H2O 将溶液浓缩后，均可得到结晶水合物
具有 f3，f4，f5 和 f10，f11 结构的
+3 价离子呈现浅红色和黄色； 具有 f6，f7，f8 结构的 +3 价离子， 吸收峰全部或大部分在紫外区，所以 无色或略带粉红色。
镧系元素的一些简单化合物，如
Ln2O3 和 Ln （OH） 3 等的颜色基本与对
应的 Ln3+ 相同，这是因为它们的显色
HCl —— △
LnCl3 + 6 H2O
采用氧化物氯化的方法制备纯无 水盐，需要在反应体系中加入碳粉， 通过热力学耦合，使反应进行完全。
HCl Ln2O3 + 3 C + 3 Cl2 —— △
2 LnCl3 + 3 CO
制备无水氯化物的最佳方法 应是金属的直接氯化 。
（2） 含氧酸盐
硫酸与镧系金属，镧系氧化物、 氢氧化物反应，均可得到镧系的硫 酸盐。硫酸与镧系碳酸盐等弱酸盐 反应，亦可得镧系的硫酸盐。
化学反应的实质总是与酸或碱有关 。
氢氧化钠分解法和硫酸分解法
的反应实质分别为
△
LnPO4 + 3 NaOH ——
Ln （OH） 3↓ + Na3PO4
△ 2 LnPO4 + 3 H2SO4 ——
（ ）3 + 2 H3PO4 Ln 2 SO4
镧系元素和锕系元素
用途
镧系元素和锕系元素在工业、科研、医疗等领域有着广泛的应用，如用于制造催化剂、荧光材料、核反应堆等。
在自然界中的分布与稳定性
分布
镧系元素和锕系元素主要分布在地球的岩石圈中，其中一些元素也可以在海洋、大气中检测到。
稳定性
在自然界中，镧系元素和锕系元素通常以稳定或较稳定的同位素形式存在，但也有一些放射性同位素 。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMARY
镧系元素和锕系元素
目录
CONTENTS
• 镧系元素的概述 • 锕系元素的概述 • 镧系元素与锕系元素的相似性 • 镧系元素与锕系元素的区别 • 镧系元素与锕系元素的未来发展
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
电子排布与性质
电子排布
镧系元素和锕系元素的电子排布具有 相似性，它们的最外层电子数均为8 个，次外层电子数均为18个。
性质
由于电子排布相似，镧系元素和锕系 元素在化学性质上也有很多相似之处， 如氧化态、配位数等。
化学性质与用途
化学性质
镧系元素和锕系元素具有多种氧化态，可以形成多种化合物，如氧化物、硫化物、卤化物等。
非金属元素反应。
在工业与科学研究中的应用差异
镧系元素在工业 中的应用
镧系元素在工业中广泛应用 于制造合金、催化剂、荧光 粉等。例如，镧可以用于制 造高温超导材料，铈可以用 于制造汽车尾气净化催化剂 等。
锕系元素在工业 中的应用
锕系元素在工业中主要用于 核能领域，如制造核燃料和 核反应堆等。例如，铀和钚 是核反应堆中的重要燃料， 镅和锔可用于制造放射性示 踪剂等。
镧系元素和锕系元素在工业、科研、医疗等领域有着广泛的应用，如用于制造催化剂、荧光材料、核反应堆等。
在自然界中的分布与稳定性
分布
镧系元素和锕系元素主要分布在地球的岩石圈中，其中一些元素也可以在海洋、大气中检测到。
稳定性
在自然界中，镧系元素和锕系元素通常以稳定或较稳定的同位素形式存在，但也有一些放射性同位素 。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMARY
镧系元素和锕系元素
目录
CONTENTS
• 镧系元素的概述 • 锕系元素的概述 • 镧系元素与锕系元素的相似性 • 镧系元素与锕系元素的区别 • 镧系元素与锕系元素的未来发展
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
电子排布与性质
电子排布
镧系元素和锕系元素的电子排布具有 相似性，它们的最外层电子数均为8 个，次外层电子数均为18个。
性质
由于电子排布相似，镧系元素和锕系 元素在化学性质上也有很多相似之处， 如氧化态、配位数等。
化学性质与用途
化学性质
镧系元素和锕系元素具有多种氧化态，可以形成多种化合物，如氧化物、硫化物、卤化物等。
非金属元素反应。
在工业与科学研究中的应用差异
镧系元素在工业 中的应用
镧系元素在工业中广泛应用 于制造合金、催化剂、荧光 粉等。例如，镧可以用于制 造高温超导材料，铈可以用 于制造汽车尾气净化催化剂 等。
锕系元素在工业 中的应用
锕系元素在工业中主要用于 核能领域，如制造核燃料和 核反应堆等。例如，铀和钚 是核反应堆中的重要燃料， 镅和锔可用于制造放射性示 踪剂等。
镧系锕系课件
•配位化合物 •镧系元素生成配合物的能力比较：
镧系元素半径>过渡元素
镧系元素形成配合物能力<过渡元素形成配合物能力 Ln3+电荷>碱土金属
镧系元素形成配合物能力>碱土金属
•Ln3+电荷数高，属于硬酸，易与硬碱中的氟、氧等 配位原子成键，与氮、硫、卤素（氟除外）的配位 能力较差，只有在适当极性的非水溶剂中，可合成 含氮配位化合物。
•镧系金属的草酸盐的重要意义：难溶于水、稀酸，可将 镧系金属离子以草酸盐的形式与其它金属分离。
•制备：向硝酸盐或氯化物的溶液中加 6 mol ·dm−3 硝酸和 草酸，可得到草酸盐沉淀。
•草酸盐经灼烧得到的是相应的氧化物，但是无水草酸盐 首先要经过碳酸盐 如：
Ln2(C2O4)3 =加==热== Ln2(CO3)3 + 3 CO↑
Pr3+
2
黄绿 淡绿
12 Tm3+
Nd3+
3
红紫 淡红
11
Er3+
Pm3+ 4
粉红 淡黄
10 Ho3+
Sm3+
5
淡黄 浅黄绿 9
Dy3+
Eu3+
6 浅粉红 浅粉红 8
Tb3+
Gd3+
7
无
原子序 数
71 70 69 68 67 66 65
应用实例色散度；
“稀土”元素并不稀少
15种镧系元素(Ln),再加上第五周期的钪 (Sc)和钇(Y),共17种元素,称为稀土元素,用 RE表示。
其中，根据原子的电子层构型以及它们原子量的大 小把稀土元素分为铈组稀土和钇组稀土：
• 铈组稀土（轻稀土）：镧（La）、铈（Ce）、 镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、 铕（Eu）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
La Ce
Ln(+III) Ln(+IV)
Pr
Nd
Ce Pr
Pm
Sm
Eu Gd
Tb
Tm Yb
Dy
Gd Tb
Ho Er Tm Yb Lu
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
概述
3、La系收缩的后果：
①受其影响，铕（Eu）以后的La系元素的离子半 径接近于钇（Y），构成性质极为相似的一组 元素，称为钇组元素，它们在自然界共生，性 质十分相似，难于分离。
铷 锶 钇 锆铌 钼 锝 钌 铑钯银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙
6 55 Cs 56 Ba 57-71 72 Hf 73 Ta 74 W 75Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn
铯 钡 La-Lu 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡
7 87 Fr 88 Ra 89-103 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 111 112
钫 镭 Ac-Lr 钅卢 钅杜 钅喜 钅波 钅黑 钅麦 Uun Uuu Uub
114
116
118
镧 锕 镧锕系系系 系 8 5镧 锕 A L 9 785镧锕97c aA5 L9铈 钍 ca8 T C 059铈钍80 h e TC59 he镨 镤 91 P 5P 99镨镤1 PPa r6 a9 r钕 N 0 62 90U 钕2铀 铀Nd Ud6 9钷 镎 69P N 1 3 钷镎13PNmpm p6 9钚 钐 69钚24钐P S 2 4PSumu m6 9铕 镅 69铕镅35AE 3 5 AEmumu6 9 6锔 9钆 锔4钆6C G 4 6 CGmd m d696 957铽锫铽 锫 B5 7 TB Tkb k b 69镝6 9 锎68镝 锎 DCD 6 8 yC f 6y 9f 钬7锿96 9钬 H锿 EoH s7 E 916o 0镄s 8铒1 06镄 F铒 Em0 r8F E1060铥钔91m r 1 MT6铥 dm钔 0 M T91701镱锘02m d1 NY7ob镱 锘 0N Y 0 1701镥铹2 3o b L1 L7ur镥 铹 01LL3ur
第十四章镧系和锕系元素-PPT精选
元素周期表
IA
1
1H
氢
IIA
2 He
IIIA IVA VA VIA VIIA 氦
2
3 Li
锂
4 Be
铍
5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne
硼 碳 氮氧 氟 氖
3
11 Na
钠
12 Mg
镁
IIIB
IVB
VB
VIB VIIB
VIII
13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar
概述
一、概述 ： f区元素包括周期系中的La系元素（57La～70Yb）
和Ac系元素（89Ac～102No）共28种元素，La系元素中只 有61Pm是人工合成的，具有放射性，Ac系元素均有放射 性。 超铀元素——Ac系元素中92U以后的元素多数为人工合成， 称超铀元素，镎（Np）、钚（Pu））自然界中有微量存 在。
中La（4f05d16S2，4f为全空），Gd（4f75d16S2，4f半 充满）及Ce(4f15d16S2)，5d轨道上有1个电子，其余 La系元素新增电子均在4f轨道上。
在氧化数上，表现属ⅢB的特征+3氧化数，此外还 有+4及+2氧化数的表现，即部分4f电子也参与成键。 不同La系元素它们在氧化数的稳定性上不同，从La～ Gd和从Gd～Lu氧化数变化出现两个周期。 La系元素中还有其他的一些氧化数（+4、+2）表现。
影响：由于Ln3+所带电荷相同，且Ln3+的构型及半径相差 不大，所以Ln3+性质极为相似：离子化合物的溶解度、 氢氧化物的酸碱性、配合物的稳定常数、离子晶体的晶 格能等彼此都很接近，从而造成Ln3+间分离困难。
概述
115 Ln离子半径
110 105 100
95 90 85 80
Sm
Eu
Ln(+II)
②受其影响，第三过渡系与第二过渡系的同族元 素在原子半径和离子半径上相近，其中尤以 ⅣB的Zr和Hf，ⅤB的Nb和Ta，ⅥB的Mo和W更为 相近，以致Zr和Hf、Nb与Ta、Mo和W性质非常 相似，分离十分困难。
特点：①La3+离子半径在86.8它金属离子较大（r Al
3
=53.5Pm，
r Cr 3
=61.5Pm，r Fe
3 =64.5Pm，r Co
3
=63Pm）。
概述
②La3+半径变化十分规律，如图所示，逐渐减小， 不同于原子半径有峰值出现，这是因为La3+已无6s和5d 电子最外层皆为5s25p6结构，随La→Yb有效核电荷增加， 离子半径逐渐减小。同时，有效核电荷的增加比原子中 显著，（因无6s5d电子核受屏蔽减弱，使有效核电荷增 加）。总共收缩了16.4Pm，（原子半径只收缩10.3Pm）。
概述
La系元素原子半径在Eu、Yb两处出现骤升 的峰值现象与它们的第一、二、三电离能总和 随着原子序数增加而增加，但在Eu、Yb出现骤 升的峰值和La系元素的熔点随着原子序数的增 加在逐渐升高过程中Eu、Yb处出现陡降的谷值 的现象合在一起，称LaAl 系元素性质递变的“双 峰效应”。
2、离子半径
稀土元素——ⅢB中的钇（Y）、镥（Lu）和La系元 素，共16种元素性质相似。在矿物中常共生在一起。故 总称为稀土元素，常用RE（Rare Earth）表示。
内过渡元素——f区元素在价层电子填充上的特征 是基本上新增电子填在(n-2)f亚层（即倒数第三层的f 亚层上），所以称内过渡元素。
概述
（一）价层电子构型和氧化数： La系元素价层电子构型一般为4f1-145d0～16S2，其
IB IIB 铝 硅 磷 硫 氯 氩
4 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr
钾钙 钪钛 钒 铬锰铁钴镍 铜 锌镓锗砷硒 溴氪
5 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe