稀土元素的化学反应课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013/9/23,#,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,。,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,。,此次介绍稀土元的化学反应主要是以镧系金属为例。,稀土金属的制备,金属的热还原法,（,1,）,氟化物,金属热还原,法,（,2,）,卤化,金属热还原,法,2LnCl,3,+ 3Ca = 2Ln + 3CaCl,2,(3),氧,化金属热还原法,氧化物和氢氧化物,镧系元素除,Ce,，,Pr,，,Tb,以外，在空气中加热均可到,+3,价氧化物,4 L + 3 O,2,= 2,Ln,2,O,3,Ln,2,O,3,难溶于水而易溶于酸，与,Al,2,0,3,不同之处在于即使经过灼烧的,Ln,2,O,3,也能溶于酸中。难溶于水的镧系氧化物可以吸收空气中的水分形成水合物，若同时吸收空气的二氧化碳则生成碱式碳酸盐,。,Ln,（）盐类与,NaOH,反应，可以得到,Ln(OH),3,镧系氢氧化物的碱性与碱土金属的氢氧化物相近。同时,Ln(OH),3,的碱性，随着原子序数的增加有规律的减弱，以至于,Yb(OH),3,和,Lu(OH),3,在高压下与浓氢氧化钠共热，可以生成,Na,3,Yb(OH),6,和,Na,3,Lu(OH),6,。,除,+3,价外，有的镧系元素还有,+4,价和,+2,价。在空气中加热镧系金属，,Ce,生成,CeO,2,Pr,生成棕黑色的,Pr6O11,。其中,Ce,显,+4,，而,Pr,6,O,11,可以看成,Pr,2,O,3,4PrO,2,这说明,Ce,Pr,可以显,+4,价。,+4,价氧化物具有较强的氧化性，,PrO,2,只能存在于固体中，与水作用将被还原成,+3,价,：,PrO,2,+ 6H,2,O = 4Pr(OH),3,+ O2,+4,价,Ce,的稳定性好些，溶液中可以存在,向其中加入,Na(OH),时，有,Ce(OH),4,黄色沉淀生成。,无论在酸中还是在碱液中，,Ce(,),都具有很强的氧化性。,2CeO,2,+ 6H,+,+H,2,O,2,= 2Ce,3+,+ 4H,2,O +O,2,Ce(OH),4,+ 8HCl =2CeCl,3,+8H,2,O + Cl,2,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,、,REMg,2,、,REMg,4,等化合物（稀土金属微溶于镁）,与,Al,生成,RE,3,Al,、,RE,3,Al,2,、,REAl,、,REAl,2,、,REAl,3,、,RE,3,Al,4,等,化合物,与钴生成,RECo,2,、,RECo,3,、,RECo,4,、,RECo,5,、,RECo,7,等化合物，其中,Sm,2,Co,7,、,SmCo,永磁材料,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) = E,2+,(,氨,) + 2e,-,Eu(NH2)2,是橙色固体，易水解为黄色,Eu(OH),2,H,2,O,，并慢慢氧化为,Eu(OH),3,Eu(NH3)6,和,Yb(NH3)6,可以分解。,Eu(NH,3,),6,(S) = Eu (s) + 6NH,3,(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：,如,La,3+,的水解反应可以写,为,La,3+,= 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,3Ce,3+,+ 5H,2,O,= ,Ce,3,(OH),3,4+,+ 5H,+,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,Ln,3,+,+,HF = LnF,2,+,+ H,+,稀土离子与碳酸根卤素络合物,La,3+,+ H,2,CO,3,= LaCO,3,+,+ 2H,+,卤化物的水合,过程,LnCl,3,(s,) + NH,2,O(l,) =,LnCl,3,nH,2,O,（,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,：,LnCl,3,+ H,2,O,=,LnOCl + 2HCl,LnCl,3,nH,2,O(s),和,LnCl,3,(s),在水中的溶解过程可以写为：,LnCl,3,nH,2,O(s,) +,aq = Ln,3-,(aq) +3Cl,-,(aq) +,n H2O,LnCl,3,(s,) + aq Ln,3,+,=,（,aq,）,+ 3Cl,-,(aq),（,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,Ln,3+,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,无,水卤化物需要,HCl,气氛的,保护,；,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,。,在镧系金属卤化物中，溴化物和碘化物与卤化物相似，只有,LnF,3,的溶解度明显不同于其他卤化物，在,3mol/dm,3,Ln,3,+,与,氢氟酸或,F,仍可以反应生成,LnF,3,沉淀,。,稀土盐类,2.,草酸盐,镧系元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,。,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,Thank you for your attention!,