第十八章f 区元素 [教学要求] ．掌握镧系和锕系元素的电子构型与性质

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1、第十八章f区元素[教学要求]1．掌握镧系和锕系元素的电子构型与性质的关系。2．掌握镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响。3．了解镧系和锕系以及与d过渡元素在性质上的异同。4．一般了解它们的一些重要化合物的性质。[教学重点]1．镧系和锕系元素的电子构型。2.镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响[教学难点]镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响[教学时数]4学时[主要内容]1．镧系元素的通性，镧系金属及其重要化合物的性质。2．稀土元素的分布、分离及稀土金属的配合物的性质。3．锕系元素的通性，锕系金属及其重要化合物的性质。[教学内容]§18.1镧

2、系元素周期表中，IIIB族有32个元素，包括钪、钇、镧和锕，其中镧这一格代表15种镧系元素（Z=51-71），锕这一格代表着15个锕系元素(Z＝89-l03)。下面分别讨论镧系元素和锕系元素。一、镧系元素的通性镧系元素：镧在基态时不存在f电子，但镧与它后面的14种元素性质很相似，所以把从57号La到71号Lu的15种元素作为镧系元素.价电子构型通式：4f0-145d0-16s21、电子构型2.氧化态+III氧化态是所有镧系元素的特征氧化态。它们失去三个电子所需的电离势较低，即能形成稳定的+III氧化态。但也存在一些不常见的氧化态。有些虽然也有+II或

3、+IV氧化态，但都不稳定。Ce、Pr、Nd、Tb、Dy存在+IV氧化态，Sm、Eu、Tm、Yb呈现+II氧化态。因为4f电子层接近或保持全空、半满及全满时的状态较稳定。3.原子半径和离子半径镧系收缩：镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象。镧系收缩的原因：f电子的屏蔽常数小于1，对核电荷的屏蔽不够完全,使有效核电荷增加，核对电子的引力增大，使原子半径、离子半径逐渐减少。原子半径减少的趋势不如离子半径，原因为：原子的电子层比离子多一层6s2。镧系收缩产生的结果：(1)使得钇的原子半径接近Tb和Dy，因而钇与Ln共生，并把钇归为稀

4、土元素。(2)镧系收缩使IVB族中的锆与铪、VB族中的铌与钽、VIB族的钼与钨在原子半径和离子半径较接近，化学性质相似，造成分离上的困难。4.离子的颜色Ln3+离子的颜色产生颜色的原因：与未成对电子数有关。是4f亚层中的电子跃迁引起的。5.镧系元素离子和化合物的磁性磁效应来自电子的轨道运动和自旋运动，其磁性是轨道磁性和自旋磁性的组合，轨道磁性由轨道角动量L决定，自旋磁性由自旋角动量S产生。镧系元素及化合物中未成对电子数多，加上电子轨道运动对磁矩所作的贡献，使得它们具有很好的磁性，可做良好的磁性材料，稀土合金还可做永磁材料。二、镧系金属镧系金属为银白色

5、，较软，有延展性。活泼性：仅次于碱金属和碱土金属，应隔绝空气保存。金属活泼性顺序由Sc、Y、La递增；由La到Lu递减，La最活泼。金属密度：随原子序数增加，从La到Lu逐渐增加。但Eu和Yb的密度较小。反应：能与大部分非金属作用。镧系金属反应得到的产物为特征的＋III氧化态的化合物，化合物所生成的键主要是离子型的。三、镧系元素的重要化合物1、氧化态为+III的化合物（1）氧化物：除Ce、Pr和Tb外，其它元素可形成稳定的Ln2O3.Ln2O3：熔点高，难溶于水和碱性介质，但易溶于强酸中。与碱土金属氧化物相似，可以吸收空气中的CO2形成碳酸盐，易溶于

6、水生成Ln(OH)3。（2）氢氧化物：在Ln(III)盐溶液中加入NaOH得到Ln(OH)3。碱强度近似于碱土金属氢氧化物，但溶解度比碱土金属氢氧化物小得多。Ln(OH)3在水中微溶，碱性随原子序数增加(半径减小)而减弱。（3）卤化物：LnF3不溶于水，即使在含3mol·L-1硝酸的Ln3＋溶液中加入氢氟酸或F－，也能得到LnF3沉淀。是镧系元素离子的特性检验方法。氯化物LnCl3、LnBr3、LnI3为离子型化合物，易溶于水，在水溶液中结晶出水合物。（4）硫酸盐：常见的是水合硫酸盐，除硫酸铈外，其余的由水溶液中结晶出的都是八水合物Ln2(SO4)3

7、·8H2O。无水硫酸盐可从水合物加热脱水制得。无水硫酸盐加热分解为碱式硫酸盐Ln2O2SO4碱式盐的稳定性随离子半径减小(原子序数增加)降低。无水硫酸盐和水合硫酸盐都溶于水，它们的溶解度随着温度的升高而减小。硫酸复盐xLn2(SO4)3·yM2SO4：与碱金属的硫酸盐反应得到。（5）草酸盐Ln2(C2O4)3·H2O：最重要的盐类之一。草酸盐在酸性溶液中难溶，所以能使镧系元素离子以草酸盐沉淀形式析出而与其它许多金属离子分开。草酸盐沉淀的性质决定于生成时的条件。灼烧草酸盐，经过中间水合物的形式得到碱式碳酸盐，最后分解得到氧化物。2、氧化态为+IV和的+

8、II化合物（1）铈Ce、镨Pr、钕Nd、铽Tb、镝Dy能形成+IV氧化态的化合物，只有Ce4+化合物在水溶液