《稀土元素的化學(xué)反應(yīng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《稀土元素的化學(xué)反應(yīng)（12頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、稀 土 元 素 的 化 學(xué) 反 應(yīng) 學(xué) 院 ： 化 學(xué) 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) ： 化 學(xué) 工 程 學(xué) 號(hào) ： 1 3 6 0 6 1 1 1 9 姓 名 ： 馬 可 稀 土 元 素 性 質(zhì) 鑭 系 元 素 以 及 鈧 、 釔 共 17種 元 素 統(tǒng) 稱 為 稀 土 元 素 ， 用 RE表 示 。有 鑭 La(lan)、 鈰 Ce(shi)、 鐠 Pr(pu)、 釹 Nd(nv)、 钷 Pm(po) 、 釤Sm(shan) 、 銪 Eu(you) 、 釓 Gd(ga)， 鋱 Tb(te)、 鏑 Dy(di)、 鈥Ho(huo)、 鉺 Er(er)、 銩 Tm(diu)、 鐿 Yb(yi)、 镥

2、 Lu(lu)以 及 釔Y(yi)、 鈧 Sc（ kang） 。 鑭 系 元 素 的 化 學(xué) 符 號(hào) 統(tǒng) 一 用 Ln代 表 。 雖 然 稀 土 元 素 在 地 殼 中 的 豐 度 度 很 大 （ 元 素 豐 度 是 指 研 究 體 系中 被 研 究 元 素 的 相 對(duì) 含 量 ， 用 重 量 百 分 比 表 示 ） ， 但 由 于 分 布 比 較分 散 ， 彼 此 又 十 分 相 似 ， 因 此 ， 提 取 和 分 離 比 較 困 難 。 鑭 系 元 素 原 子 核 每 增 加 一 個(gè) 質(zhì) 子 ， 相 應(yīng) 的 就 有 一 個(gè) 電 子 添 加 到 4 f軌 道 中 。 與 6 s和 5 s，

3、5 p軌 道 相 比 ， 4 f軌 道 對(duì) 核 電 荷 有 較 大 的 屏 蔽 作 用 。因 此 ， 隨 著 原 子 序 數(shù) 的 增 加 ， 有 效 核 電 荷 數(shù) 增 加 緩 慢 ， 最 外 層 電 子受 核 的 引 力 只 是 緩 慢 的 增 加 ， 導(dǎo) 致 原 子 和 離 子 半 徑 雖 呈 現(xiàn) 減 小 的 趨 勢(shì) ， 但 減 小 的 幅 度 很 小 。 這 就 是 鑭 系 元 素 的 收 縮 效 應(yīng) 。 離 子 半 徑 比原 子 半 徑 的 收 縮 效 應(yīng) 更 顯 著 。 這 是 因 為 離 子 比 原 子 少 一 個(gè) 電 子 層 ，鑭 系 元 素 的 原 子 失 去 最 外 層 6

4、s電 子 以 后 ， 4 f軌 道 則 處 于 倒 數(shù) 第 二 層 ，這 種 離 子 狀 態(tài) 的 4 f軌 道 比 原 子 狀 態(tài) 的 4 f軌 道 對(duì) 核 電 荷 的 屏 蔽 作 用 小 ，從 而 使 得 離 子 半 徑 的 收 縮 效 果 比 原 子 半 徑 明 顯 。 此 次 介 紹 稀 土 元 的 化 學(xué) 反 應(yīng) 主 要 是 以 鑭 系 金 屬 為 例 。 稀 土 金 屬 的 制 備金 屬 的 熱 還 原 法（ 1 ） 氟 化 物 金 屬 熱 還 原 法 （ 2 ） 鹵 化 金 屬 熱 還 原 法 2 LnCl3 + 3 Ca = 2 Ln + 3 CaCl2 (3 )氧 化 金 屬

5、熱 還 原 法 3Ca + 2REF3 1450-1750 3CaF2 + 2RE 1200-1350Ln(液 ) + RE203(固) La2O3(固) + 2RE(氣) 氧 化 物 和 氫 氧 化 物鑭 系 元 素 除 Ce， Pr， Tb以 外 ， 在 空 氣 中 加 熱 均 可 到 +3 價(jià) 氧 化 物4 L + 3 O2 = 2 Ln2O3Ln2 O3 難 溶 于 水 而 易 溶 于 酸 ， 與 Al2 0 3 不 同 之 處 在 于 即 使 經(jīng) 過 灼 燒 的 Ln2 O3 也 能 溶 于 酸 中 。 難 溶 于 水 的 鑭 系 氧 化 物 可 以 吸收 空 氣 中 的 水 分 形

6、 成 水 合 物 ， 若 同 時(shí) 吸 收 空 氣 的 二 氧 化 碳 則 生 成 堿 式 碳 酸 鹽 。Ln（ ） 鹽 類 與 NaOH反 應(yīng) ， 可 以 得 到 Ln(OH)3 鑭 系 氫 氧 化 物 的 堿 性 與 堿 土 金 屬 的 氫 氧 化 物 相 近 。 同 時(shí) Ln(OH)3 的 堿 性 ，隨 著 原 子 序 數(shù) 的 增 加 有 規(guī) 律 的 減 弱 ， 以 至 于 Yb(OH) 3 和 Lu(OH)3 在 高 壓 下 與 濃 氫 氧 化 鈉 共 熱 ， 可 以 生 成 Na3 Yb(OH)6 和 Na3 Lu(OH)6 。除 +3 價(jià) 外 ， 有 的 鑭 系 元 素 還 有 +4

7、 價(jià) 和 +2 價(jià) 。 在 空 氣 中 加 熱 鑭 系 金 屬 ， Ce生 成 CeO2 ,Pr生 成 棕 黑 色 的 Pr6 O1 1 。 其 中 Ce顯+4 ， 而 Pr6 O1 1 可 以 看 成 Pr2 O3 4 PrO2 這 說 明 Ce,Pr,可 以 顯 +4 價(jià) 。 +4 價(jià) 氧 化 物 具 有 較 強(qiáng) 的 氧 化 性 ， PrO2 只 能 存 在 于 固 體 中 ，與 水 作 用 將 被 還 原 成 +3 價(jià) ： PrO2 + 6 H2 O = 4 Pr(OH)3 + O2 +4 價(jià) Ce的 穩(wěn) 定 性 好 些 ， 溶 液 中 可 以 存 在 ,向 其 中 加 入 Na(OH)

8、時(shí) ， 有 Ce(OH)4 黃 色 沉 淀 生 成 。無(wú) 論 在 酸 中 還 是 在 堿 液 中 ， Ce( )都 具 有 很 強(qiáng) 的 氧 化 性 。2 CeO2 + 6 H+ +H2 O2 = 2 Ce3 + + 4 H2 O +O2 Ce(OH) 4 + 8 HCl =2 CeCl3 +8 H2 O + Cl2 稀 土 金 屬 與 金 屬 元 素 作 用稀 土 金 屬 幾 乎 能 與 所 有 的 金 屬 元 素 作 用 ,生 成 不 同 的 金 屬 間 化 合 物 。與 鎂 生 成 REMg、 REMg2 、 REMg4 等 化 合 物 （ 稀 土 金 屬 微 溶 于 鎂 ）與 Al生 成

9、 RE3 Al、 RE3 Al2 、 REAl、 REAl2 、 REAl3 、 RE3 Al4 等 化 合 物與 鈷 生 成 RECo2 、 RECo3 、 RECo4 、 RECo5 、 RECo7 等 化 合 物 ， 其 中 Sm2 Co7 、 SmCo永 磁 材 料 稀 土 金 屬 與 鹵 素 作 用在 高 于 2 0 0 的 溫 度 下 ， 稀 土 金 屬 均 能 鹵 素 發(fā) 生 劇 烈 反 應(yīng) ， 主 要 生 成 三 價(jià) 的 REX3 型 化 合 物 。其 作 用 強(qiáng) 度 由 氟 向 碘 減 弱 。 而 釤 銪 還 可 以 生 成 REX2 型 ， 鈰 可 以 生 成 REX4 型

10、 的 化 合 物 ， 但 都屬 于 不 穩(wěn) 定 的 化 合 物 。 除 氟 化 物 外 ， 稀 土 鹵 化 物 均 有 很 好 的 吸 濕 性 ， 且 易 水 解 生 成 REOX型 鹵 化 物 ， 其 強(qiáng) 度 可 以 由 鹵 到 碘 遞 增 。 稀 土 氨 化 物金 屬 Eu和 Yb均 能 溶 解 在 液 氨 中 ， 得 到 藍(lán) 色 溶 液 ， 對(duì) 溶 液 適 當(dāng) 處 理 得到 RE(NH2 )2 和 RE(NH3 )6 兩 種 氨 化 物 。RE (g) = E2 + (氨 ) + 2 e-Eu(NH2 )2 是 橙 色 固 體 ， 易 水 解 為 黃 色 Eu(OH)2 H2 O， 并

11、慢 慢 氧 化 為Eu(OH)3Eu(NH3 )6 和 Yb(NH3 )6 可 以 分 解 。Eu(NH3 )6 (S) = Eu (s) + 6 NH3 (g) 稀 土 金 屬 與 水 和 酸 作 用 稀 土 金 屬 能 分 解 水 ,在 冷 水 中 作 用 緩 慢 ， 在 熱 水 中 作 用 較 快 ， 并 迅速 放 出 氫 氣 。 RE + 3 H2 O = RE(OH)3 + 3 /2 H2 稀 土 金 屬 能 溶 解 在 稀 鹽 酸 ， 硫 酸 ， 硝 酸 中 ， 生 成 相 應(yīng) 的 鹽 。 在 氫氟 酸 和 磷 酸 中 不 易 溶 解 ， 這 是 由 于 生 成 難 溶 的 氟 化

12、 物 和 磷 酸 鹽 膜所 致 。 RE + 3 HCl = RECl3 + 3 /2 H2 稀 土 離 子 的 水 解 反 應(yīng)稀 土 離 子 的 水 解 反 應(yīng) 可 以 看 作 是 稀 土 的 水 和 離 子 中 部 分 配 位 水 分 子電 離 生 成 氫 氧 根 絡(luò) 合 物 ：如 La3 +的 水 解 反 應(yīng) 可 以 寫 為L(zhǎng)a3 + = La(OH)2 + + H+稀 土 離 子 在 水 溶 液 中 會(huì) 發(fā) 生 水 解 ,水 解 程 度 隨 原 子 序 數(shù) 的 增 加 而 增 加3 Ce3 + + 5 H 2 O = Ce3 (OH)3 4 + + 5 H+RE(H2O)63+ + n

13、H2O RE(H2O)6-n(OH)n3-n + nH3O+ 稀 土 離 子 的 鹵 素 絡(luò) 合 物稀 土 離 子 可 以 和 F-， Cl-， Br-， I- 生 成 絡(luò) 離 子 ， 其 中 與 F-生 成 的 絡(luò) 合 物 最 穩(wěn) 定 ，在 水 溶 液 中 絡(luò) 合 反 應(yīng) 為L(zhǎng)n3 + + HF = LnF2 + + H+稀 土 離 子 與 碳 酸 根 鹵 素 絡(luò) 合 物L(fēng)a3 + + H2 CO3 = LaCO3 + + 2 H+鹵 化 物 的 水 合 過 程LnCl3 (s) + NH2 O(l) = LnCl3 nH2 O（ S）水 合 鹵 化 物 在 高 溫 下 脫 水 ， 得 到

14、的 最 后 產(chǎn) 物 是 堿 式 鹽 ， 因 為 在 脫 水 的 過 程 中 ，同 時(shí) 發(fā) 生 水 解 作 用 ：LnCl3 + H2 O = LnOCl + 2 HCl LnCl 3 nH2 O(s)和 LnCl3 (s)在 水 中 的 溶 解 過 程 可 以 寫 為 ：LnCl3 nH2 O(s) + aq = Ln3 -(aq) +3 Cl-(aq) + n H2 OLnCl3 (s) + aq Ln3 + =（ aq） + 3 Cl-(aq) （ 1） 鹵 化 物向 鑭 系 金 屬 氫 氧 化 物 ， 氧 化 物 ， 碳 酸 鹽 中 加 鹽 酸 就 可 以 得 到 鹵 化 物 。 鹵 化

15、 物 在 水溶 液 析 出 時(shí) ， 帶 有 結(jié) 晶 水 。 由 于 Ln3 +電 荷 高 ， 所 以 鑭 系 元 素 的 水 合 鹵 化 物 受 熱 脫 水時(shí) 將 發(fā) 生 水 解 ， 生 成 堿 式 鹽 ， 放 出 HCl無(wú) 水 鹵 化 物 需 要 HCl氣 氛 的 保 護(hù) ；制 備 純 的 無(wú) 水 鹽 ， 可 以 采 用 是 氧 化 物 鹵 化 的 方 法 ， 在 反 應(yīng) 體 系 中 加 入 碳 粉 進(jìn) 行 耦合 ， 使 得 反 應(yīng) 進(jìn) 行 完 全 。在 鑭 系 金 屬 鹵 化 物 中 ， 溴 化 物 和 碘 化 物 與 鹵 化 物 相 似 ， 只 有 LnF 3 的 溶 解 度 明 顯 不

16、 同于 其 他 鹵 化 物 ， 在 3 mol/dm3 ,Ln3 +與 氫 氟 酸 或 F仍 可 以 反 應(yīng) 生 成 LnF3 沉 淀 。 LnCl3 nH20 LnOCl + 2HCl + (n-1) H20 稀 土 鹽 類 Ln2O3 + 3C + 3Cl2 2LnCl3 + 3CO LnCl36H2O HCl LnCl3 + 6H2O 2.草 酸 鹽鑭 系 元 素 的 草 酸 鹽 不 僅 難 溶 于 水 ， 也 難 溶 于 稀 酸 ， 利 用 這 一 特 點(diǎn) 可 以 把 鑭 系 金 屬 離 子 以草 酸 鹽 形 式 析 出 ， 從 而 與 其 他 金 屬 離 子 分 離 。 草 酸 鹽 經(jīng) 過 灼 燒 得 到 是 相 應(yīng) 的 氧 化 物 。 但 在無(wú) 水 草 酸 鹽 轉(zhuǎn) 化 成 氧 化 物 的 過 程 首 先 得 到 碳 酸 鹽 。稀 土 離 子 在 水 溶 液 中 會(huì) 發(fā) 生 水 解 ,水 解 程 度 隨 原 子 序 數(shù) 的 增 加 而 增 加 3Ce3+ + 5H2O Ce3(OH)54+ + 5H+ Ln2(CO3)3 + 3CO Ln2(C2O4)3 Thank you for your attention!