稀土元素的化學(xué)反應(yīng)課件

稀土元素的化學(xué)反應(yīng)

專業(yè)：化學(xué)工程學(xué)號(hào)：136061119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4f軌道中。與6s和5s，5p軌道相比，4f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?yàn)殡x子比原子少一個(gè)電子層，鑭系元素的原子失去最外層6s電子以后，4f軌道則處于倒數(shù)第二層，這種離子狀態(tài)的4f軌道比原子狀態(tài)的4f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

2LnCl3+3Ca=2Ln+3CaCl2

↑

(3)氧化金屬熱還原法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RE3Al、RE3Al2、REAl、REAl2、REAl3、RE3Al4等化合物與鈷生成RECo2、RECo3、RECo4、RECo5、RECo7等化合物，其中Sm2Co7、SmCo永磁材料稀土金屬與鹵素作用在高于200℃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)+2e-Eu(NH2)2是橙色固體，易水解為黃色Eu(OH)2·H2O，并慢慢氧化為Eu(OH)3Eu(NH3)6和Yb(NH3)6可以分解。Eu(NH3)6(S)=Eu(s)+6NH3(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+3H2O=RE(OH)3+3/2H2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物和磷酸鹽膜所致。RE+3HCl=RECl3+3/2H2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++H2CO3=LaCO3++2H+鹵化物的水合過(guò)程LnCl3(s)+NH2O(l)=LnCl3·nH2O（S）水合鹵化物在高溫下脫水，得到的最后產(chǎn)物是堿式鹽，因?yàn)樵诿撍倪^(guò)程中，同時(shí)發(fā)生水解作用：LnCl3+H2O=LnOCl+2HCl↑LnCl3·nH2O(s)和LnCl3(s)在水中的溶解過(guò)程可以寫(xiě)為：LnCl3·nH2O(s)+aq=Ln3-(aq)+3Cl-(aq)+

nH2OLnCl3(s)+aqLn3+=（aq）+3Cl-(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LnF3的溶解度明顯不同于其他鹵化物，在3mol/dm3,Ln3+與氫氟酸或F–仍可以反應(yīng)生成LnF3沉淀。稀土鹽類

2.草酸鹽鑭系元