第 f區(qū)元素PPT課件

1、2. 2. 后果后果（1） Y3+半徑88pm落在Er3+88.1pm附近，Y進(jìn)入稀土元素。 Sc半徑接近Lu3+，常與Y3+共生，Sc也成為稀土元素。 Zr(IV) Nb(V) Mo(VI) 80pm 70pm 62pm Hf(IV) Ta(V) W(VI) 79pm 69pm 62pm（2） Zr與Hf、Nb與Ta、Mo與W三對(duì)元素半徑十分接近、化 學(xué)性質(zhì)十分相近，常伴生在一起，難以分離。第1頁/共14頁10.1.3 f 區(qū)元素的氧化態(tài)Ln系： +3為特征氧化態(tài) Ce：4f15d16s2 Tb ：4f96s2 Eu：4f76s2 Yb：4f146s2Ac系元素 的氧化態(tài)呈多樣性，這是Ac系

2、與Ln系的不同之處。Ce、Tb可以呈現(xiàn)+4價(jià) Eu、Yb可以呈現(xiàn)+2價(jià)第2頁/共14頁10.1.4 鑭系元素顏色La3+ 無無 Lu3+Ce3+ 無無 Yb3+Pr3+ 綠綠 Tm3+Nd3+ 淡紅淡紅 Er3+Pm3+ 粉紅、粉黃粉紅、粉黃 Ho 3+Sm3+ 黃黃 Dy3+Eu3+ 無無 Tb3+Gd3+ 無無 Gd3+ff 躍遷引起第3頁/共14頁10.2 鑭系元素重要化合物10.2.1 氫氧化物L(fēng)n3+: 4fn5s25p6 。 硬酸，與F O2硬 堿結(jié)合穩(wěn)定； 半徑大，配位數(shù)為612。鑭系元素屬典型的金屬，能同與周期表中大多數(shù)非金屬成鍵。 Ln()的鹽溶液中加入NaOH或NH3H2O

3、皆可沉淀Ln(OH)3 ，它是一種膠狀沉淀。Ln(OH)3為離子型堿性氫氧化物，隨著離子半徑的減小，其堿性愈弱，總的來說，堿性比Ca(OH)2弱，但比Al(OH)3強(qiáng)。 第4頁/共14頁 Ln(OH)3受熱分解為L(zhǎng)nO(OH)，繼續(xù)受熱變成Ln2O3。 Ln(OH)3 LnO(OH) Ln2O3 Ce(OH)4為棕色沉淀物，溶度積很小（Ksp=41051），使Ce(OH)4沉淀的pH為 0.71.0 ， 而使Ce(OH)3沉淀需近中性條件。如用足量的H2O2（或O2、Cl2、O3等）則可把Ce()完全氧化成Ce(OH)4，這是從Ln3+中分離出Ce的一種有效方法。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頁/共14頁 鑭系元素的強(qiáng)酸鹽大多可溶, 弱酸鹽難溶，如：氯化物、 硫酸鹽、 硝酸鹽易溶于水； 草酸鹽、 碳酸鹽、氟化物、磷酸鹽難溶于水。LnOCl+HCl+5H2OLn2O3+C+Cl2 LnCl3+COLn2O3+NH4Cl LnCl3+NH3+H2OLn2O3+SOCl2 LnCl3+SO2 LnCl36H2O = Ln2(C2O4)3 Ln2O3 +CO+CO2 要得到無水氯化物,要HCl氣流加熱10.2.2 鹽類第6頁/共14頁10.2.3 氧化態(tài)為+4和+2的化合物 鈰(Ce)、鐠(Pr)、鋱(Tb

5、)、鏑(Dy)都能形成+4氧化態(tài)的化合物，其中以四價(jià)鈰的化合物最重要。四價(jià)鈰化合物既能存在于水溶液中，又能存在于固體中。四價(jià)均是強(qiáng)氧化劑。 2CeO2+8HCl = 2CeCl3 + Cl2 + 4H2O2CeO2 + 2KI + 8HCl = 2CeCl3 + I2 + 2KCl + 4H2O 釤(Sm)、銪(Eu)和鐿(Yb)能形成+2氧化態(tài)化合物，Sm2+, Eu2+, Yb2+具有不同程度的還原性，銪（）鹽的結(jié)構(gòu)類似于Ba, Sr相應(yīng)的化合物，如EuSO4同BaSO4結(jié)構(gòu)相同，難溶于水。 第7頁/共14頁10.2.4. 分離 1. 1. 氧化還原法：氧化還原法：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+分離分離控制控制pH=57第8頁/共14頁2. 2. 離子交換法離子交換法: : Ln系元素常伴生一起, 難以分離，可用離子交換法Ln3+(ag)+3RSO3H (RSO3)3Ln + 3H+(ag)（1）樹脂的吸附 多用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂（RSO3H）： 金屬離子與樹脂基團(tuán)之間的作用與金屬離子的電荷和離子的水合半徑有關(guān)。 （2）淋洗 淋洗液通常是含有配合劑的溶液（如EDTA、檸檬酸、乙酸銨、蘋果酸等）。利用配合劑與Ln3+形

7、成配合物的能力不同，可以使它們陸續(xù)解吸，從而達(dá)到有效分離。 第9頁/共14頁3. 3. 溶劑萃取法溶劑萃取法 溶劑萃取分離法是指含有被分離物質(zhì)的水溶液與互不混溶的有機(jī)溶劑接觸，借助于萃取劑的作用，使一種或幾種組分進(jìn)入有機(jī)相，而另一組分仍留在水相，從而達(dá)到分離的目的。 萃取劑一般分為三類：酸性萃取劑，如P204（酸性磷酸酯）；中性萃取劑，如TBP（磷酸三丁酯）；離子締合萃取劑，如胺類。Ce(NO3)62 Ln3+ + TBP HNO 3815molL 1 水層：Ln3+ TBP層：H2Ce(NO3) 6 H2O2 TBP層 水層Ce3+ 第10頁/共14頁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)輕稀土 鈰組重稀土 釔組 10.3.2 存在 稀土元素并不稀少，但在地殼中分布分散，彼此性質(zhì)相似，難以提取、分離。 我國稀土我國稀土儲(chǔ)量大、分布廣、礦種齊全、易開采。儲(chǔ)量大、分布廣、礦種齊全、易開采。南方以重稀土為主，內(nèi)蒙古以輕稀土為主。南方以重稀土為主，內(nèi)蒙古以輕稀土為主。 Ln + Y + Sc第11頁/共14頁10.3.3 用途1. 1. 冶金工業(yè)冶金工業(yè): : 稀土鋼2. 2. 化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè): : 稀土催化劑超導(dǎo)材料：YBa2Cu3O73. 3. 材料材料發(fā)光材料：Y2O3:Eu，Y2O2S:Eu 紅色 Gd2O2S:Tb 綠色 LaOBr:Tb:Yb 藍(lán)色 Y2O2S:Tb:Dy 黃色第12頁/共14頁釹鐵