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无机化学14


无机化学多媒体电子教案

第十四章 镧系和锕系元素

主要内容
1. 镧系、锕系元素通性 主要内容 2. 我国稀土元素资源和提取 3. 核反应类型

14-1 镧系和锕系元素概述
原子序数 名称 符号 原子序数 名称 57 58 镧 铈 La Ce 64 65 钆 铽 符号 Gd Tb Dy

14-1 镧系和锕系元素概述 59 Pr 66 镨 镝
60
61 62


钷 钐

Nd
Pm Sm

67
68 69


饵 铥

Ho
Er Tm

63



Eu

70



Yb

镧系元素简写为Ln

14-1-1价层电子构型和氧化数
镧系元素原子的电子层结构最外层和次外层基本 符号 价层电子 氧化数 符号 价层电子 氧化数 相同,只是 4f上电子数不同,因而性质十分相似 构型 构型 La 5d16s2 +3 Gd 4f75d16s2 +3
2 +3、+4 Tb 96s2 Ce14-1-1 4f15d16s 4f +3、+4 价层电子构型和氧化数 Pr 4f36s2 +3、+4 Dy 4f106s2 +3、+4

Nd Pm Sm Eu

4f46s2 4f56s2 4f66s2 4f76s2

+3 +3

Ho Er

4f116s2 4f126s2 4f136s2 4f146s2

+3 +3 +2、+3 +2、+3

+2、+3 Tm +2、+3 Yb

氧化数的变化分为两个周期 La→Eu、Gd→Yb

14-1-2原子半径、离子半径和镧系收缩
3+半径 3+半径 Ln Ln 原子半径 原子半径 符号 符号 pm pm pm pm La 183 103.2 Gd 180.4 93.8

14-1-2 原子半径、离子半径和镧系 Ce 181.8 102 Tb 178 92.3
Pr 182.4 181.4

收缩 99 Dy
97 Er

178.1 176.2

91.2 90.1

Nd

98.3 95.8 94.7

Ho Tm Yb

Pm
Sm Eu

183.4
180.4 208.4

176.1
177.3 193.3

89.0
88 86.8

210 原子半径/pm 200

Eu

原子半径 Yb

190 180

镧系收缩导致五、六周期同族元素(ⅢB后) Lu 性质极为相似 ( 如 Zr 和 Hf 、 Nb 和 Ta 、 Mo 170 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 和W), 分离困难 原子序数 镧系收缩——原子半径(总趋势)随原子序 数的增加而缓慢减小的现象

210
原子半径/pm 200 190 180

Eu Yb

170

Lu
原子序数

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

双峰效应——原子半径在Eu、Yb处出现 骤升的现象

1750 1550 熔点/℃ 1350 1150 950 750

Lu

Eu

Yb
原子序数

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

双峰效应——熔点在Eu、Yb处出现 骤降的现象

mol-1) ∑(I1+I2+I3)/(kJ·

4200 4000 3800

Yb Eu
Lu

3600
3400
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

原子序数

双峰效应——第一、二、三电离能在 Eu、Yb处出现骤升的现象

105 100 Ln3+半径/pm 95 90 85 80 75

离子半径

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

原子序数

离子半径随原子序数的增加而缓慢减小

14-1-3 金属活泼性
符号

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu

∑I(I1+I2+I3) (kJ· mol-1) 3455.4 3524 14-1-3 3627 3694 3738 3871 4032

∑I(I1+I2+I3) (kJ· mol-1) Gd 3752 Tb 3786 金属活泼性 Dy 3898 Ho 3920 Er 3930 Tm 4043.7 Yb 4193.4 符号

均为活泼金属,仅次于碱金属,

与镁接近
在不太高的温度下, 可与氧、硫、氯、

氮反应,可作脱硫剂、脱氧剂等
可与水、酸反应,应将其保存在 煤油里

14-1-4 离子的颜色——呈周期性变化
颜色 未成对 未成对 离子 离子 4f 电子数 (4fn) 4f 电子数 (4fn) La3+(4f0) 0 0 Lu3+(4f14) 无 Ce3+(4f1) 1 1 Yb3+(4f13) 无 14-1-4 离子的颜色 3+ 12 3+ 2 Pr (4f ) 2 2 Tm (4f ) 绿 Nd3+(4f3) 3 3 Er3+(4f11) 淡红 Pm3+(4f4) 4 4 Ho3+(4f10) 粉红淡黄 Sm3+(4f5) 5 5 Dy3+(4f9) 黄 Eu3+(4f6) 6 6 Tb3+(4f8) 淡红 Gd3+(4f7) 7 7 Gd3+(4f7) 无

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第四章 结束 镧系和锕系元素

结束


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