分析化學(xué) 第25章 f區(qū)金屬.doc

本文由lengbaishui貢獻(xiàn) ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 第25章 f區(qū)金屬 25章 鑭系和錒系金屬 本章要求 1、掌握鑭系元素和錒系元素的電子構(gòu)型與性質(zhì) 的關(guān)系。 2、掌握鑭系收縮的實(shí)質(zhì)及其對(duì)鑭系化合物性質(zhì) 的影響。 3、了解鑭系和錒系在性質(zhì)上的異同。 4、一般了解它們的重要化合物的性質(zhì)。 教學(xué)方法：歸納法 25-1 鑭系元素 2525-1-1 通性 鑭在基態(tài)時(shí)不存在f電子，但鑭與它后面的 種元素性質(zhì) 鑭在基態(tài)時(shí)不存在 電子，但鑭與它后面的14種元素性質(zhì) 電子 很相似，所以把它作為鑭系元素。 很相似，所以把它作為鑭系元素。 鑭系元素 由于鑭系收縮的影響，使得Y的原子半徑 的原子半徑(0.181nm)、與元 由于鑭系收縮的影響，使得 的原子半徑 、 及離子半徑Y(jié) 素Nd、Sm(0.182、0.18nm)及離子半徑 3+(0.089nm)與Ho3+、 、 、 及離子半徑 與 Er3+(0.0894、0.0881nm)接近。 接近。 、 接近 Y的化學(xué)性質(zhì)與鑭系元素相似，釔在礦物中與鑭系共生。 的化學(xué)性質(zhì)與鑭系元素相似，釔在礦物中與鑭系共生。 的化學(xué)性質(zhì)與鑭系元素相似 通常把釔和鑭系元素合稱為稀土元素 稀土元素(用 表示 表示)。 通常把釔和鑭系元素合稱為稀土元素 用RE表示 。 原子序數(shù)為偶數(shù)的元素，其豐度總是比緊靠它的原子序數(shù)為奇 數(shù)的大。 1 氫 3 IA 1 H 元素周期表 2 2 鋰 鈹 11 Na 12 Mg 3 鈉 鎂 IIIB 37 IIA Li 4 Be IIIA IVA 5 B 6 C 13 VA VIA VIIA 7 N 8 O 9 F 15 氦 He 10 Ne 18 Ar 硼 碳 氮 氧 氟 氖 VIII IB IIB 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 4 鉀 鈣 鈧 鈦 釩 鉻 錳 鐵 鈷 鎳 銅 鋅 鎵 鍺 砷 硒 溴 氪 Rb 38 Sr 39 IVB VB VIB VIIB 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 鋁 硅 磷 硫 氯 氬 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr Al 14 Si P 16 S 17 Cl 5 銣 鍶 釔 鋯 鈮 鉬 锝 釕 銠 鈀 銀 鎘 銦 錫 銻 碲 碘 氙 71 55 Cs 56 Ba 57- 72 Hf 73 Ta 74 W 75Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 6 銫 鋇 La- 鉿 鉭 鎢 錸 鋨 銥 鉑 金 汞 鉈 鉛 鉍 釙 砹 氡 Lu 112 87 Fr 88 Ra 89 103 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108 Hs 109Mt 110 111 118 114 116 7 鈁 鐳 Ac-Lr 钅 钅 钅 钅 钅 钅 Uun Uuu Uub 盧 杜 喜 波 黑 麥 鑭系 鑭 鈰 鐠 釹 钷 釤 銪 釓 鋱 鏑 鈥 鉺 銩 鐿 镥 89Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93Np 94 Pu 95Am 96Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100Fm 101 Md 102No 103 Lr 錒系 錒 釷 鏷 鈾 镎 钚 镅 鋦 锫 锎 锿 鐨 鍆 锘 鐒 57La 58 Ce 59 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe Pr 60 Nd 61Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67Ho 68 Er 69Tm 70Yb 71 Lu 一、鑭系元素電子結(jié)構(gòu) 原子序數(shù) 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 元素 鑭 鈰 鐠 釹 钷 釤 銪 釓 鋱 鏑 鈥 鉺 銩 鐿 镥 符號(hào) La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 4f0 4f1 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7 4f7 4f9 4f10 4f11 4f12 4f13 4f14 4f14 價(jià)電子層結(jié)構(gòu) 5d1 5d1 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 5d1 5d1 二、氧化態(tài) +III氧化態(tài)是所有 元素的特征氧化態(tài)。 氧化態(tài)是所有Ln元素的特征氧化態(tài) 氧化態(tài)是所有 元素的特征氧化態(tài)。 它們失去三個(gè)電子所需的電離勢(shì)較低， 它們失去三個(gè)電子所需的電離勢(shì)較低，即能形成穩(wěn)定 氧化態(tài)。 的+III氧化態(tài)。 氧化態(tài) 有些雖然也有+II或 氧化態(tài)， 有些雖然也有 或+IV氧化態(tài)，但都不穩(wěn)定。 氧化態(tài) 但都不穩(wěn)定。 Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s2)能形成 能形成 +IV氧化態(tài)即Ce(4f0),Pr(4f1),Tb(4f7),Dy(4f8) 。 氧化態(tài)即 氧化態(tài) Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2)能形成 能形成 +II氧化態(tài)即Sm(4f6),Eu(4f7),Tm(4f13),Yb(4f14) 。 氧化態(tài)即 氧化態(tài) 電子層結(jié)構(gòu)來(lái)看， 接近或保持全空、 從4f電子層結(jié)構(gòu)來(lái)看，其接近或保持全空、半滿及全 電子層結(jié)構(gòu)來(lái)看 滿時(shí)的狀態(tài)較穩(wěn)定(也存在熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)因素 也存在熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)因素)。 滿時(shí)的狀態(tài)較穩(wěn)定 也存在熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)因素 。 三、原子半徑和離子半徑 鑭系元素的原子半徑和離子半徑隨著原子序數(shù)的增 加而逐漸減小的現(xiàn)象稱為鑭系收縮，Eu和Yb出現(xiàn) 反?，F(xiàn)象，它們的原子半徑比相鄰元素的原子半徑 大得多。這是因?yàn)樵阡B和鐿的電子構(gòu)型中分別有半 充滿的4f7和全充滿的4f14的緣故。 產(chǎn)生結(jié)果：1、Y成為希土元素的成員 2、Zr和Hf，Nb和Ta，Mo和W原子半徑和離子半徑也 較接近，化學(xué)性質(zhì)也相似。 3、此外B族中兩排鉑系元素在性質(zhì)上極為相似， 也是鑭系收縮所帶來(lái)的影響。 四、離子的顏色 鑭系金屬三價(jià)離子具有很漂亮的不同顏色，如果 陰離子為無(wú)色，在結(jié)晶鹽和水溶液中都保持Ln3+的 特征顏色。 五、鑭系元素離子和化合物的磁學(xué)性質(zhì) 原子、離子或分子的磁效應(yīng)來(lái)自電子的軌道運(yùn)動(dòng)和自旋 運(yùn)動(dòng)，其磁性是軌道磁性和自旋磁性的組合，軌道磁性 由軌道角動(dòng)量L決定，自旋磁性由自旋角動(dòng)量S產(chǎn)生。 對(duì)于鑭系離子，由于4f電子能被5s和5p電子很好地屏蔽， 所以4f電子在軌道中的運(yùn)動(dòng)的磁效應(yīng)不能被抵消，計(jì)算 磁矩時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮軌道運(yùn)動(dòng)和電子自旋兩個(gè)方面的影響。 六、活潑性 鑭系金屬是強(qiáng)還原劑，其還原能力僅次于 ， 鑭系金屬是強(qiáng)還原劑，其還原能力僅次于Mg，其 反應(yīng)性可與鋁比。而且隨著原子序數(shù)的增加， 反應(yīng)性可與鋁比。而且隨著原子序數(shù)的增加，還原能 力呈逐漸減弱的趨勢(shì)。 力呈逐漸減弱的趨勢(shì)。 在酸性溶液中Ln2+離子為強(qiáng)還原劑， Ln4+離子為 離子為強(qiáng)還原劑， 在酸性溶液中 強(qiáng)氧化劑。 試考慮它們的產(chǎn)物是什么 試考慮它們的產(chǎn)物是什么？ 強(qiáng)氧化劑。(試考慮它們的產(chǎn)物是什么？) 六、應(yīng)用 用于玻璃、陶瓷、發(fā)光材料、電淘光源材料、激 用于玻璃、陶瓷、發(fā)光材料、電淘光源材料、 光材料、磁性材料、稀土微肥、催化劑、 光材料、磁性材料、稀土微肥、催化劑、超導(dǎo)材料及 引火合金。 引火合金。 25-1-2 鑭系金屬 較強(qiáng)的還原劑，還原能力僅沉于Li,Na,K和堿土金屬M(fèi)g ，Ca，Sr,Ba，隨著原子序數(shù)增加，其還原能力是逐漸減 弱的。 Ln2+是強(qiáng)還原劑，Ce4+是強(qiáng)氧化劑 為什么鑭系元素的特征氧化態(tài)是+3？ 鑭系元素外層電子有2個(gè)6S電子，1個(gè)5d電子或n 個(gè)電子，它們的氧化態(tài)不僅決定于S電子，也取決 于d電子和f電子，由于鑭系金屬在氣態(tài)時(shí)，失去2 個(gè)S電子和1個(gè)d電子或2個(gè)S或一個(gè)f電子所需的能力 較低，所以一般能形成穩(wěn)定+3氧化態(tài)。 為什么鈰、鐠、鋮、鏑常發(fā)現(xiàn)+4價(jià) 而釤、銪、銩、鐿卻能生志+2價(jià)？ 答：根據(jù)洪特規(guī)則，等價(jià)軌道上的電子除了分占 軌道外，軌道處于全充滿，半充滿或全空時(shí)代較穩(wěn) 定的結(jié)構(gòu)，鑭系元素4f軌道有一種保持或接近這種 穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)色的傾向。 (Ce+4,Pr4+,Tb4+,Dy4+,Sm2+,Eu2+,Tm2+,Yb2+) (4f0 4f1 4f8 4f8) (4f6 4f7 4f13 4f14) 3、鑭系元素和錒系元素在電子構(gòu)型上有何相似之處？ 在氧化態(tài)方面有何差異？為什么？ 答：鑭系元素價(jià) 電子層結(jié)構(gòu)有兩種構(gòu)型 即4fn5S2 和4fn-15d16S2 錒系元素也有兩種構(gòu)型即5fn7S2和5fn-16d17S2 而錒系元素 前面一部分元素（Th-Am）存在多種氧化態(tài)，但是Am的 后的元素在水溶液中共同的氧化態(tài)是+3。 錒系元素一部分元素存在高氧化態(tài)?？赡苁?由于這部分錒系元素的第四電離能或更高的 電離能比相應(yīng)的鑭系元素，即5f電離能小于 4f電離能，而它們的離子半徑比較大，有效 核電荷