稀土化学复习纲要

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1、稀土化学复习纲要　　　　1.写出17种稀土元素的原子电子组态和三价离子电子组态并分析其规律解：如表：　　　　稀土原子的电子组态有三种类型：　　　　①无4f电子组态：钪Sc[Ar]3d14s2；钇Y[Kr]4d15s2；镧La[Xe]5d16s2②[Xe]4fn5d16s2组态（n=1714）：铈Ce；钆Gd；镥Lu③[Xe]4fn组态（n=3～79～14）：镨Pr；钕Nd；钷Pm；钐Sm；铕Eu；铽Tb；镝Dy；钬Ho；铒Er；铥Tm；镱Yb稀土三价离子的电子组态有二种类型：　　　　①惰性气体组态：Sc

2、3+[Ar]；Y3+[Kr]；La3+[Xe]②[Xe]4fn组态（n=1～14）：Ce3+；Pr3+；Nd3+；Pm3+；Sm3+；Eu3+；Gd3+；Tb3+；Dy3+；Ho3+；Er3+；Tm3+；Yb3+；Lu3+　　　　2.什么是单向变化并解释为何出现单向变化　　　　答：单向变化是指镧系元素的性质随原子序数增大而逐渐变化(如逐渐增大或减小等)的现象　　　　原因是镧系元素的4f亚层的电子随原子序数增大从0～14单调增大而f电子云较分散对所增加的核电荷不能完全屏蔽有效核电荷呈单调增加对外层电子的引

3、力也单调增强从而使镧系元素的性质呈单调变化趋势　　　　3.什么是钆断效应并解释为何出现钆断效应答：钆断效应是指镧系元素的性质随原子序数的增大而呈现单调变化的关系中在钆附近出现不连续的现象　　　　原因是钆具有半充满的4f7电子结构屏蔽能力略有增加有效核电荷略有减少对外层电子吸引力稍弱从而产生了钆断效应　　　　4.什么是镧系收缩产生的原因　　　　答：镧系收缩是指镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数的增加而依次减小的现象　　　　原因是随着原子序数的增大电子逐一填入4f亚层f电子云较分散对所增加的核电荷不能完

4、全屏蔽有效核电荷增加对外层电子的引力也相应增加使电子云更靠近核造成了半径逐渐减小而产生了所谓的镧系收缩效应　　　　5.什么是双峰效应并加以解释答：双峰效应是指镧系元素的性质随原子序数的增大而呈现单调变化的关系中在铕和镱处出现峰值或谷底的现象　　　　原因是铕和镱的4f亚层电子处于半充满和全充满的稳定状态在晶格中只能提供最外层6s亚层的两个电子形成金属键从而比金属键为3电子的其它稀土元素的原子半径大得多　　　　6.计算出17种稀土元素二价和三价离子的基谱项和基谱支项解：　　　　如表1：稀土元素二价离子的基谱

5、项和基谱支项　　　　6.计算出17种稀土元素自由原子的基谱项和基谱支项解：　　　　7.稀土金属的制备方法有几类分别详细的说明答：两类金属热还原法和熔盐电解法　　　　1.金属热还原法制备稀土金属（钐、铕和重稀土金属）三步骤：　　　　1.1金属无水卤化物的制备　　　　（1）金属的卤化：2Re+3X2→2REX32Re+6HX→2REX3+3H22Re+3HgX2→2REX3+3Hg（2）水合物脱水：ReX3·nH2O→ReOX+2HX+(n1)H2OLnOCl+2NH4Cl→LnCl3+H2O+NH3ReX

6、3·nH2O+nSOCl2→REX3+nSO2+2nHCl（3）氧化物的卤化：RE2O3+6NH4F→2REF3+3H2O+6NH3RE2O3+3CaF2→2REF3+3CaORE2O3+3Cl2+3C→2RECl3+3CORE2O3+3Br2+3CO→2REBr3+3CO21.2金属热还原：如2CeF3+3Ca→3CaF2+2Ce选择金属还原剂很重要注意几点：　　　　（1）使还原得到的金属与还原剂的产物较好的分离；　　　　（2）采用低温还原减少杂质污染延长坩埚使用寿命；（3）还原剂最好不与还原得到的金

7、属形成合金；（4）还原剂易于提纯；　　　　（5）作为还原剂的金属熔点和蒸气压应比较低(锂除外)；（6）还原剂应廉价易于得到1.3金属的纯化　　　　（1）真空熔炼法用于除去金属中的Ca、F、H等杂质方法是在真空条件下把稀土金属加热至1450～1900℃(在金属熔点以上100～1000℃)进行熔炼把杂质挥发出去熔炼的温度决定于稀土金属的蒸气压对于易挥发的金属采用低温熔炼以减少金属损耗熔炼的时间决定于纯化金属的量　　　　（2）蒸馏（或升华）用于易挥发的金属如Sm、Eu、Tm、Yb和Er、Lu、Sc、Y等方法是

8、在真空条件下加热到稀土金属有足够蒸气压把它们蒸馏或升华出去从而可以除去O、N、C、Ta等杂质此法常用于真空熔炼后的金属纯化　　　　（3）区域熔炼主要用于进一步除去金属中的H、N、O、C等杂质得到99.99%或接近于99.999%的金属　　　　（4）电传输法原理是在电场的作用下使金属中杂质离子按顺序移动移向金属两端使金属得到提纯方法是把正负极固定在金属棒两端在真空和惰性气氛中以直流电加热到金属熔点以下100～200℃时进行长时间的电解（几天至