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1、第二十五章f区金属§25-1镧系元素§25-2稀土元素§25-2锕系元素(自学)25-1镧系元素周期表中第57号元素镧(La)到71号元素镥(Lu)共15种元素统称为镧系元素;周期表中第89号元素锕(Ac)到103号元素铹(Lr)共15种元素统称为锕系元素;钇(Y)和镧系元素统称为稀土元素(因Y的原子半径,三价离子半径接近Tb和Dy,钇在矿物中总是与镧系共生).(C级掌握)25-1-1镧系元素的通性1。电子构型：4f0-145d0-16s2。2。氧化态(C级掌握)+Ⅲ为特征氧化态,也是最稳定氧化态.除此之外,还有Ce,Pr,Tb,Dy存在+
2、Ⅳ氧化态;而Sm,Eu,Tm,Yb存在+Ⅱ氧化态.3。原子半径和离子半径(C级重点掌握)这种镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩。25-1.1:什么是镧系收缩现象?为什么会产生此现象?该现象对周期表中的其他元素性质产生什么影响?(C级重点掌握)答案25-1.2:如何解释教材P817页图25-2中的结果?为什么Eu和Yb的半径反常的高?(B级重点掌握)答案问题解:这种镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩.产生的原因是在镧系元素中,原子序数每增加一个,相应的有一个电子进入4
3、f层.而4f电子对核的屏蔽不如内层电子,因而随着原子序数的增加,有效核电荷增加,核对最外层电子的吸引力增强,使原子半径和离子半径逐渐减小.镧系收缩在无机化学中是一个重要现象.由于镧系收缩,使钇成为稀土元素的成员,Y常与重稀土元素共生于矿物中.镧系后的过渡元素(第三过渡系元素)的金属活泼性明显减弱.同时镧系收缩使ⅣB族中的Zr和Hf,ⅤB族中的Nb和Ta,ⅥB族中的Mo和W,在原子半径和离子半径上十分接近,化学性质也相似,造成这三对元素在分离上的困难.解:因为Eu的价电子构型为4f76s2,属半满,其结构相对稳定,则4f7的屏蔽效应增大,导致
4、有效核电荷减小,核对6s电子的吸引力减弱,原子半径反常的增大.同理Yb的价电子构型为4f146s2,为全满状态,其屏蔽效应增大,有效核电荷减小,则原子半径反常的增大.4。离子颜色(C级了解)离子未成对电子数颜色未成对电子数离子La3+0(4f0)无色0(4f14)Lu3+Ce3+1(4f1)无色1(4f13)Yb3+Pr3+2(4f2)绿2(4f12)Tm3+Nd3+3(4f3)淡紫3(4f11)Er3+Pm3+4(4f4)粉红,黄4(4f10)Ho3+Sm3+5(4f5)黄5(4f9)Dy3+Eu3+6(4f6)无色6(4f8)Tb3+(
5、淡粉红色)Gd3+7(4f7)无色离子的颜色通常与未成对电子数有关.当三价离子具有fn和f14-n电子构型时,它们的颜色是相同或相近的.一般认为其颜色主要是4f亚层中的f-f电子跃迁引起的。5。磁性镧系元素及化合物中未成对电子数多,一般具有很好的磁性,是良好的磁性材料和永磁材料.25-1-2镧系金属单质镧系金属单质随原子序数增加,其熔点总体逐渐增加,但Ce,Eu,Yb反常的低.(见P818的图25-3)镧系金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属,且由La—Lu随着原子序数增加,其金属活泼性逐渐减弱.25-1.3:解释Ce,Eu,Yb熔点反常的低的
6、原因(见P818的图25-3)(C级掌握)答案25-1.4:如何解释镧系金属活泼性的变化规律?(C级掌握)答案问题解：Ce,Eu,Yb熔点反常的低是因为Ce,Eu,Yb(全空,半满,全满)的结构相对稳定,则价电子难参与形成金属键,所以熔点反常的低.解:因镧系元素从左到右,原子半径减小,有效核电荷增大,核对最外层电子吸引力增强,难以失去电子,则金属活泼性减弱.25-1-3镧系元素的重要化合物一:氧化态为+Ⅲ化合物1。氢氧化物(C级掌握)镧系元素氢氧化物的碱性从La(OH)3到Lu(OH)3逐渐减弱;溶解度从总的趋势来看是随着碱性减弱而减小的.
7、25-1.5:如何解释镧系元素氢氧化物碱性和溶解度逐渐减弱的规律?(B级掌握)解:因从La-Lu,离子半径依次减小,则离子势Z/r值增大,对OH-的吸引力逐渐增强,则碱性就减弱,溶解度会减小.2。卤化物(C级掌握)镧系元素的氟化物LnF3均不溶于水,氯化物均易溶于水。3。硫酸盐(C级掌握)镧系元素的硫酸盐都溶于水,溶解度随温度的升高而减小.与碱金属硫酸盐反应生成硫酸复盐.4。草酸盐(C级掌握)镧系元素的草酸盐均难溶于水,利用此性质使它们与其他的金属离子分离开来.灼烧草酸盐(630-1070K)可得氧化物.二:氧化态为+Ⅱ和+Ⅳ的化合物(C级
8、了解)1。+Ⅱ化合物较稳定的有Sm2+,Eu2+,Yb2+.2。+Ⅳ化合物较稳定的有Ce(+Ⅳ),Pr(+Ⅳ),Nd(+Ⅳ),Tb(+Ⅳ),Dy(+Ⅳ).25-2-1稀土元素的分
