稀土元素的化学反应

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1、稀土元素的化学反应一、稀土元素简介稀土元素是指周期表中第57（镧）~71（镥）号原子序的镧系元素，以及第三副族的钪和钇共17个元素，即镧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）。它们在自然界中共同存在，性质非常相似，但彼此之间又存在有一些差别，这是由它们的原子和离子的电子结构决定的。由于这些元素发现的比较晚，又难以分离

2、出高纯的状态，最初得到的是元素的氧化物，他们的外观似土，所以称它们为稀土元素。其实从它们在地壳中的含量（丰度）看，其中的某些元素并不稀少。二、稀土元素的化学反应1、稀土金属及合金制取 制备稀土金属，首先是制备出稀土氧化物、氯化物或氟化物后再用熔盐电解法或金属热还原法等制取金属。单一稀土金属的制备方法因元素不同而异。熔盐电解法被广泛用于制取稀土合金，金属热还原也可以直接制取某些具有实际价值的稀土合金。此外，国外还研究了其他制取稀土金属的还原方法。 (1)熔盐电解法制取稀土金属与合金 熔盐电解法是用稀土的氧化物、氯化物或氟化物，与钙、钡、钠或钾的氯化物或氟化物组成

3、的混合熔盐作为电解质，高温下进行电解。一般而言，熔盐电解法生产规模较大，适用于生产混合稀土金属、铈组或镨钕混合金属以及镧、铈、镨、钕等单一稀土金属，其产品纯度有限。钐、铕、铥、臆因蒸汽压高等原因不适宜用熔盐电解法制备。(2)金属热还原法制取稀土金属 根据化学热力学的计算，在一定温度、压力和物理条件下，一些碱金属或碱土金属与无水稀土氯化物反应可以将稀土氯化物还原为稀土金属，并与反应生成的渣相分离，这就是金属热还原法。 钙热还原稀土氟化物 2REF3(s)+3Ca(l)→2RE(l)+3CaF2(l)(1450-1750度) 锂热还原稀土氯化物 RECl3(l)+

4、3Li(g)→RE(l)+3LiCl(g)(800-1100度) 镧、铈还原稀土氧化物 RE2O3(s)+2La(l)→2RE(g)+La2O3(s)(1200-1400度) 2RE2O3(s)+3Ce(l)→4RE(g)+3CeO2(s) 2、稀土元素的活泼性及氧化还原性 （1）稀土元素的活泼性稀土元素是典型的金属元素。稀土元素的化学活性很强，仅次于碱金属和碱土金属。17种稀土元素中，按金属活泼性顺序排列，由钪→钇→镧递增，由镧→镥递减，即镧最为活泼。 稀土金属在空气中的稳定性，随着原子序数的增加而逐渐稳定。在空气中镧、铈很快被腐蚀，镧在空气中逐渐转化为白色

5、氢氧化物，但在干燥空气中仅表面生成一层蓝色薄膜，保护内部。铈则先氧化成氧化铈，接着又氧化成二氧化铈，放出大量的热而自燃，铈的燃点160℃，镨的燃点190℃。钕作用比较缓慢，甚至能长时间保持金属光泽。钇在空气中虽然热至900℃，也只有表面生成氧化物，金属钇在空气中放置数月仅表面生成一层灰白色的氧化物薄膜。稀土金属必须保存在煤油中，否则与潮湿空气接触，就会被氧化变质。混合稀土金属是比铝更好的金属还原剂。稀土元素还能与多种金属元素作用生成组成不同的金属间化合物。（2）稀土元素的氧化还原性 由于离子的氧化还原电位与电子层结构有关，当稀土的4f层电子全空、半充满和全充满

6、时较为稳定，所以其稳定性是：Ce4+>Pr4+，Eu3+>Sm3+ Ce4+在水溶液中稳定存在，其它制备困难。 Pr4+Tb4+有很强的氧化性，能迅速把水氧化。水溶液中Sm2+（血红色）Eu2+（淡黄色）Yb2+（淡黄色），其中Eu2+在水溶液中可保持相当长时间。 Eu2++H+→Eu3++1/2H2 Eu2++H++1/2O2→Eu3++1/2H2O2 4Eu2++4H++O2→Eu3++2H2O　　3、稀土氧化物的反应　　(1)三价氧化物　　　　稀土氧化物不溶与水和碱性溶液，但能溶于无机酸（氢氟酸和磷酸除外），生成相 应的盐。RE2O3+6H+→2RE3+

7、+3H2O　　　　另外，氧化物能吸收CO2,生成碱式碳酸盐。　　　　　　　　　　　　RE2O3+3CO2→RE2(CO2)3 　　(2)四价氧化物 　　四价氧化物都是强的氧化剂，这是因为四价的价态对于稀土元素来说是不稳定的，易变成三价状态，呈现氧化性。在稀酸中，它们是稳定的，但在浓酸中，有REO2(固)+4H+→RE4++2H2O　　　　稀土氧化物和某些金属的氧化物在高温和适当气氛下作用，可形成不同类型的化合物。这些化合物往往具有重要的压电效应、磁性质和发光性能，在现代工业具有重要意义。4、稀土氢氧化物的反应 Re（Ⅲ）盐类与NaOH反应，可以得到Re(OH)

8、3镧系氢氧化物的碱性与碱土金属的氢氧化