1、f区在周期表中的位置1了解了解f 区元素区元素的特点；的特点；2了解了解 f 区元素的存在、分离、性质和用途；区元素的存在、分离、性质和用途；3.掌握重点元素单质及化合物的性质，掌握重点元素单质及化合物的性质，会用结构理论和热力学解释它们的某些化学现象；会用结构理论和热力学解释它们的某些化学现象；24-0 概述概述 Summarize24-1 镧系元素镧系元素 The Lanthanides24-2 锕系元素锕系元素 The Actinides 稀土在地表中总含量稀土在地表中总含量0.0153，相对来说（第六周期中）较高的，但分，相对来说（第六周期中）较高的，但分散分布，同时总是混合存在，总纯
2、度也不高，如含有散分布，同时总是混合存在，总纯度也不高，如含有10稀土的矿就算是富稀土的矿就算是富含矿；由于性质相近提取分离较难，所以纯的单稀土产品较贵。含矿；由于性质相近提取分离较难，所以纯的单稀土产品较贵。稀土资源我国最为丰富，占世界的稀土资源我国最为丰富，占世界的8080，而且矿藏分布广，从南到北十，而且矿藏分布广，从南到北十多个省区均有，品种齐全，北偏轻稀土，南偏中重稀土。内蒙的包头市堪称多个省区均有，品种齐全，北偏轻稀土，南偏中重稀土。内蒙的包头市堪称稀土之城。稀土之城。24-0 概述概述 Summarize24-0-1 存在存在 Occur24-0-2 成员成员 Member镧系元
3、素镧系元素 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、镧镧 铈铈 镨镨p 钕钕 钷钷p 钐钐shn铕铕 钆钆g铽铽t镝镝d Ho、Er、Tm、Yb、Lu钬钬 铒铒 铥铥di 镱镱y镥镥l锕系元素锕系元素 Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、锕锕 钍钍 镤镤p铀铀 镎镎 钚钚 镅镅 锔锔j锫锫pi锎锎ki Es、Fm、Md、No、Lr 锿锿i镄镄fi钔钔 锘锘nu 铹铹24-1 镧系元素镧系元素 The Lanthanides24-1-0 通性通性 General Properties 1镧系元素镧系元素从从57号元素镧到第号元素镧到第71号元素镥，共十五
4、种元素，称为镧号元素镥，共十五种元素，称为镧系元素，用系元素，用Ln表示。表示。2稀土元素稀土元素周期表周期表 B族中的钪（族中的钪（Sc）、钇（）、钇（Y）和镧系元素在性）和镧系元素在性质上都非常相似并在矿物中共生，由于镧系收缩，质上都非常相似并在矿物中共生，由于镧系收缩，Y3+离子的半径落在离子的半径落在Er3+附近，附近，Sc3+离子的半径接近于离子的半径接近于Lu3+，所以，所以Sc、Y可以看作镧系元素的成员。可以看作镧系元素的成员。在化学上把在化学上把Sc、Y和镧系元素统称为稀土元素（和镧系元素统称为稀土元素（rare earths elements），用），用RE表示。表示。24-
5、1-1 元素元素性质性质 Element Properties 1.物理性质物理性质 含有未成对的单电子，是顺磁性物质的特点，其磁矩不为零；镧系中含有未成对的单电子，是顺磁性物质的特点，其磁矩不为零；镧系中f电子数电子数1-13构型的原子或离子都是顺磁性的。而构型的原子或离子都是顺磁性的。而La3+、Ce4+、Yb2+、Lu3+为为fo、f14构型，无单电子，是反磁性的。构型，无单电子，是反磁性的。4f 0、4f 1、4f 2、4f 3、4f 4、4f 5、4f 6、4f 7、4f 8、4f 9、La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+
6、4f 10、4f 11、4f 12、4f 13、4f 14、4f 0、4f 1、4f 7、4f 8 Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+、Lu3+、Ce4+、Pr4+、Tb3+、Dy3+溶液中能稳定存在的氧化态有：溶液中能稳定存在的氧化态有：Ln3+、Eu2+(4f 7)、Yb2+(4f 14)、Ce(IV)(4f 0)2氧化态氧化态Oxidation states 失去失去以以+3为特征氧化态，其他还有为特征氧化态，其他还有+2或或+4氧化态：氧化态：Sm2+（4f 6）、）、Eu2+（4f 7）、）、Tm2+（4f 13）、）、Yb2+（4f 14）单质稀土金属有很强的还原性，仅次于碱土
7、金属单质稀土金属有很强的还原性，仅次于碱土金属 E （Ln3/Ln）2.522.26；其性质也类似于碱土金属。其性质也类似于碱土金属。3离子的颜色离子的颜色 (1)电子构型电子构型全空，半满和全满，或接近全空，半满和全满的全空，半满和全满，或接近全空，半满和全满的4f电子的电子的离子是稳定的或比较稳定，难以实现离子是稳定的或比较稳定，难以实现4f电子激发，故是无色的。电子激发，故是无色的。La3+(4f 0)、Gd3+(4f 7)、Lu3+(4f 14)、Ce3+(4f 1)、Eu3+(4f 6)、Tb3+(4f 8)、Yb3+(4f 13)都是无色都是无色 (2)具有具有4f x和和4f 1
8、4 x的的+3价离子显示的颜色相同或相近。价离子显示的颜色相同或相近。(3)f电子相同，离子电荷不同的离子，其颜色不同。电子相同，离子电荷不同的离子，其颜色不同。Ce4+(4f 0)橙红橙红 Sm2+(4f 6)浅红浅红 Eu2+(4f 7)草黄草黄 Yb2+(4f 14)绿绿 4标准还原电位标准还原电位 (1)E(Ln3+/Ln)很负，而且与很负，而且与pH无关，所以不管在无关，所以不管在H+或或OH介质中，介质中，镧系元素都是较强的还原剂。镧系元素都是较强的还原剂。这说明这说明Ce(IV)在在HClO4中不形成配离子，而在中不形成配离子，而在HNO3、H2SO4、HCl中都不中都不同程度地
9、形成配离子。同程度地形成配离子。43(IV)3+24+1.70 V(1M HClO)+1.61 V(1M HNO)(Ce/Ce)=+1.44 V(1M H SO)+1.28 V(2M HCl)E在中，在中在中，在中 5+4 O.S.只有只有Ce(IV)在水溶液中是最稳定的，由于在水溶液中是最稳定的，由于Ce3+是铈的特征氧化态，所以是铈的特征氧化态，所以Ce(IV)是强氧化剂。是强氧化剂。Ce(IV)与与NaOH反应，生成反应，生成Ce(OH)3（黄色）并放出（黄色）并放出O2 4Ce(NO3)4+16NaOH=4Ce(OH)3+16NaNO3+O2+2H2O CeO2与与H2SO4反应，同样
10、放出氧气反应，同样放出氧气 4CeO2+6H2SO4=2Ce2(SO4)3+O2+6H2O CeO2与盐酸反应，放出氯气与盐酸反应，放出氯气 2CeO2+8HCl=2CeCl3+Cl2+4H2O 6酸碱性酸碱性 镧系元素氢氧化物镧系元素氢氧化物Ln(OH)3的碱性接近碱土金属氢氧化物的碱性，但溶的碱性接近碱土金属氢氧化物的碱性，但溶解度较碱土金属氢氧化物小。解度较碱土金属氢氧化物小。Ln(OH)3的碱性随的碱性随Ln3+离子的半径的递减而有离子的半径的递减而有规律的减小。规律的减小。由由 =Z/r或知，从或知，从La3+Lu3+的离子半径减小，的离子半径减小，增大增大，MO键增强，因此，镧系元
11、素氢氧化物的碱式电离从键增强，因此，镧系元素氢氧化物的碱式电离从La(OH)3到到Lu(OH)3是减小的。是减小的。7原子半径和离子半径原子半径和离子半径 (1)镧系收缩镧系元素的原子和离子半径在总的趋势上都是随着原子镧系收缩镧系元素的原子和离子半径在总的趋势上都是随着原子序数的增加而逐渐地缩小，这种原子半径依次缩小的积累，称为镧系收缩。序数的增加而逐渐地缩小，这种原子半径依次缩小的积累，称为镧系收缩。(2)镧系收缩的影响镧系收缩的影响 (a)Sc、Y与镧系元素共生；与镧系元素共生；(b)Zr、Hf，Nb、Ta，Mo、W，Tc、Re在原子半径上非常接近，造成分在原子半径上非常接近，造成分离极其
12、困难。离极其困难。24-1-2 重要化合物重要化合物 The Important Compounds 800 300D DD DD DD D灼烧灼烧D D24-2 锕系元素锕系元素 The Actinides24-2-1 锕系元素氧化态和配位数锕系元素氧化态和配位数 The Actinide Oxidation States and Coordinate Numbers铀及其铀及其 铀银灰色活泼金属，易被空气氧化，密度大，溶于酸，与许多非金属化合铀银灰色活泼金属，易被空气氧化，密度大，溶于酸，与许多非金属化合 原子能燃料原子能燃料 应用形成六氟化铀的扩散速率不同进行富集应用形成六氟化铀的扩散速
13、率不同进行富集 A 铀的氧化物铀的氧化物1UO3（橙黄色橙黄色）(1)amphoteric oxide (2)decomposition2UO3=2UO2（暗棕色）（暗棕色）+O2 (3)preparation2UO2(NO3)2=2UO3+4NO2+O22U3O8（墨绿色墨绿色）preparation：3U(C2O4)2 =U3O8+8CO+4CO2 或者：或者：3U+4O2=U3O8 U3O8不溶于水，但溶于酸，生成不溶于水，但溶于酸，生成UO22+。UO3H+UO2+2U2O27OH27+HOH2+232UOUOU O 24-2-2 锕系元素重要单质和化合物锕系元素重要单质和化合物 Th
14、e Actinide Simple Substance and Compounds23592U B B 硝酸铀酰硝酸铀酰 UO2(NO3)2 1.Preparation UO3+2HNO3 =UO2(NO3)2+H2O 2.Properties 水解生成水解生成 UO2OH+，(UO2)2(OH)22+，(UO2)3(OH)5+加碱生成加碱生成Na2U2O76H2O（黄色），加热脱水，生成无水（黄色），加热脱水，生成无水Na2U2O7，俗，俗称铀黄。称铀黄。3.Structure UO2(NO3)22H2O（六角双锥）（六角双锥）OOOOOOHHHNOHNOUOO C C UF6（八面体八面体
15、）1.Preparation UO3+3SF4=UF6+3SOF2 2.Hydrolysis UF6+2H2O=UO2F2+4HF钍及其钍及其 钍银白色活泼金属，密度大，易被空气氧化成钍银白色活泼金属，密度大，易被空气氧化成+4，ThO2 溶于溶于6moldm3HCl，在浓硝酸中钝化，在浓硝酸中钝化 制备制备:ThO2+2Ca=2CaO+Th 钍化合物钍化合物 硝酸钍硝酸钍 Th(NO3)4+4NaOH=4NaNO3+Th(OH)4 Th(OH)4 ThO2 Th4+强烈水解，易形成配合物，配位数大。强烈水解，易形成配合物，配位数大。灼烧灼烧24-2-3 超铀元素与核化学超铀元素与核化学 The Transuranium Elements and Nuclei Chemitry 核聚变和核裂变核聚变和核裂变 人造元素合成人造元素合成 核稳定性理论核稳定性理论
