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文檔簡介
稀土元素的化學反應
專業(yè):化學工程學號:136061119姓名:馬可稀土元素性質
鑭系元素以及鈧、釔共17種元素統(tǒng)稱為稀土元素,用RE表示。有鑭La(lan)、鈰Ce(shi)、鐠Pr(pu)、釹Nd(nv)、钷Pm(po)、釤Sm(shan)、銪Eu(you)、釓Gd(ga),鋱Tb(te)、鏑Dy(di)、鈥Ho(huo)、鉺Er(er)、銩Tm(diu)、鐿Yb(yi)、镥Lu(lu)以及釔Y(yi)、鈧Sc(kang)
。鑭系元素的化學符號統(tǒng)一用Ln代表。
雖然稀土元素在地殼中的豐度度很大(元素豐度是指研究體系中被研究元素的相對含量,用重量百分比表示),但由于分布比較分散,彼此又十分相似,因此,提取和分離比較困難。
鑭系元素原子核每增加一個質子,相應的就有一個電子添加到4f軌道中。與6s和5s,5p軌道相比,4f軌道對核電荷有較大的屏蔽作用。因此,隨著原子序數(shù)的增加,有效核電荷數(shù)增加緩慢,最外層電子受核的引力只是緩慢的增加,導致原子和離子半徑雖呈現(xiàn)減小的趨勢,但減小的幅度很小。這就是鑭系元素的收縮效應。離子半徑比原子半徑的收縮效應更顯著。這是因為離子比原子少一個電子層,鑭系元素的原子失去最外層6s電子以后,4f軌道則處于倒數(shù)第二層,這種離子狀態(tài)的4f軌道比原子狀態(tài)的4f軌道對核電荷的屏蔽作用小,從而使得離子半徑的收縮效果比原子半徑明顯。
此次介紹稀土元的化學反應主要是以鑭系金屬為例。
稀土金屬的制備金屬的熱還原法(1)氟化物金屬熱還原法
(2)鹵化金屬熱還原法
2LnCl3+3Ca=2Ln+3CaCl2
↑
(3)氧化金屬熱還原法稀土金屬與金屬元素作用
稀土金屬幾乎能與所有的金屬元素作用,生成不同的金屬間化合物。與鎂生成REMg、REMg2、REMg4等化合物(稀土金屬微溶于鎂)與Al生成RE3Al、RE3Al2、REAl、REAl2、REAl3、RE3Al4等化合物與鈷生成RECo2、RECo3、RECo4、RECo5、RECo7等化合物,其中Sm2Co7、SmCo永磁材料稀土金屬與鹵素作用在高于200℃的溫度下,稀土金屬均能鹵素發(fā)生劇烈反應,主要生成三價的REX3型化合物。其作用強度由氟向碘減弱。而釤銪還可以生成REX2型,鈰可以生成REX4型的化合物,但都屬于不穩(wěn)定的化合物。除氟化物外,稀土鹵化物均有很好的吸濕性,且易水解生成REOX型鹵化物,其強度可以由鹵到碘遞增。稀土氨化物
金屬Eu和Yb均能溶解在液氨中,得到藍色溶液,對溶液適當處理得到RE(NH2)2和RE(NH3)6兩種氨化物。RE(g)=E2+(氨)+2e-Eu(NH2)2是橙色固體,易水解為黃色Eu(OH)2·H2O,并慢慢氧化為Eu(OH)3Eu(NH3)6和Yb(NH3)6可以分解。Eu(NH3)6(S)=Eu(s)+6NH3(g)稀土金屬與水和酸作用
稀土金屬能分解水,在冷水中作用緩慢,在熱水中作用較快,并迅速放出氫氣。RE+3H2O=RE(OH)3+3/2H2稀土金屬能溶解在稀鹽酸,硫酸,硝酸中,生成相應的鹽。在氫氟酸和磷酸中不易溶解,這是由于生成難溶的氟化物和磷酸鹽膜所致。RE+3HCl=RECl3+3/2H2稀土離子的鹵素絡合物稀土離子可以和F-,Cl-,Br-,I-
生成絡離子,其中與F-生成的絡合物最穩(wěn)定,在水溶液中絡合反應為Ln3++HF=LnF2++H+稀土離子與碳酸根鹵素絡合物La3++H2CO3=LaCO3++2H+鹵化物的水合過程LnCl3(s)+NH2O(l)=LnCl3·nH2O(S)水合鹵化物在高溫下脫水,得到的最后產(chǎn)物是堿式鹽,因為在脫水的過程中,同時發(fā)生水解作用:LnCl3+H2O=LnOCl+2HCl↑LnCl3·nH2O(s)和LnCl3(s)在水中的溶解過程可以寫為:LnCl3·nH2O(s)+aq=Ln3-(aq)+3Cl-(aq)+
nH2OLnCl3(s)+aqLn3+=(aq)+3Cl-(aq)(1)鹵化物向鑭系金屬氫氧化物,氧化物,碳酸鹽中加鹽酸就可以得到鹵化物。鹵化物在水溶液析出時,帶有結晶水。由于Ln3+電荷高,所以鑭系元素的水合鹵化物受熱脫水時將發(fā)生水解,生成堿式鹽,放出HCl無水鹵化物需要HCl氣氛的保護;制備純的無水鹽,可以采用是氧化物鹵化的方法,在反應體系中加入碳粉進行耦合,使得反應進行完全。在鑭系金屬鹵化物中,溴化物和碘化物與鹵化物相似,只有LnF3的溶解度明顯不同于其他鹵化物,在3mol/dm3,Ln3+與氫氟酸或F–仍可以反應生成LnF3沉淀。稀土鹽類
2.草酸鹽鑭系元
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