第十八章 F区元素
原子结构与元素周期表-周期表分区
第Ⅷ族：价电子总数为8~10
如：29Cu 3d104s1 10+1=11尾数是1所以，
是IB。
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20
【归纳拓展】
1. d、ds、f 区全是金属元素，非金属元素主 要集中 p 区。主族主要含 s、p 区，副 族主要含 d、ds、f 区，过渡元素主要含
3s23p1-5 3s23p6
４ 18 ４s1-2 ３d1-84s2 3d104s1-2 4s24p1-5 4s24p6
５ 18 ５s1-2 4d1-85s2 4d105s1-2 5s25p1-5 5s25p6
６ 32 ６s1-2 4f1-146s2 5d106s1-2 6s26p1-5 6s26p6
后填入电子的能级的符号来划分的。
2.s区、d区、ds区、p区分别有几个纵列？ 分别有2个、8个、2个、6个纵列。 3. s区、p区、d区、 ds区各包含哪些族的 元素？外围电子排布的特点？主要包含金属还 是非金属元素？
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3
周 元素
期 数目 ⅠAⅡA
１ 2 1s1 ２ 8 ２s1-2
外围电子排布 ⅢB-Ⅷ ⅠＢ-ⅡＢ ⅢＡ-Ⅶ ０族
６ 32 ６s1-2 4f1-146s2 5d106s1-2 6s26p1-5 6s26p6
5d1-106s2
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6
p区元素
最后1个电子填充在 np轨道上，价电子构 型是 ns2np1～6 ，位于周期表 右 侧，包括
ⅢA～ⅦA、零族族元素。大部分为非金属元素。
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7
s区和p区的共同特点是：
d、ds、f 区。
无机化学ds区、d区和f区过度元素
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● 酸碱性 过渡元素氧化物的水合物的酸碱性变化规律和主族相似 ，对同一元素而言，一般是低价显碱性，高价显酸性。 Mn(OH)2 弱碱；HMnO4 强酸（Φ=Z/r） ● 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强 d 区元素较高的催化活性椐认为与电子容易失去,容易得 到,或容易由一种能级迁移至另一能级的事实有关；例如， V2O5催化 SO2 氧化的反应，可能涉及到 V(+5) 与V(+4) 氧 化态之间的转换： 1/2 O2 + 2 V(Ⅳ) = O 2- + 2 V(Ⅴ) +) SO2 + 2 V(Ⅴ) + O 2- = 2 V(Ⅳ) + SO3 1/2 O2 + SO2 = SO3
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f 区元素的价层电子构型为(n-2)f0～14(n-1)d0～2ns2, 其特 征是随着核电荷的增加，电子依次填入外数第三层 (n-2)f 轨道，因而又统称内过渡元素。 f 区元素包括周期系中的镧系元素（原子序数57～71共 15种元素）和锕系元素(原子序数89～103共15种元素)。 镧系元素中只有钷是人工合成的，具有放射性。 锕系元素均有放射性，铀后元素为人工合成元素，称超 铀元素。
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铬化合物毒性浅析 绝大多数三价铬化合物不溶于水，无毒、无害，但水 溶性无机三价铬盐极易在酸性环境下水解，形成的游离酸 对人体有剌激作用。 六价铬毒性主要是由于强氧化性对有机体的腐蚀与破坏， 可以通过吸入、接触、口服造成人体中毒。吸入六价铬将 引起呼吸道感染，粘膜溃疡，甚至鼻穿孔；皮肤接触六价 铬可能引发皮炎，伤口若接触六价铬将出现铬疮；口服大 剂量六价铬化合物将引起消化系统腐烂，出现肾损伤。流 行病学研究证实，长期暴露在高浓度六价铬的气雾中的工 人，呼吸系统癌症（主要是肺癌）发病率高于平均值，其 潜伏期超过15年。
无机化学(第六版)电子教案——大连理工大学 (18)
钷 4f56s2 4f4 4 粉红｜淡黄 4 4f10 4f116s2 钬
钐 4f66s2 4f5 5 浅黄 5 4f9 4f106s2 镝
铕 4f76s2 4f6 6 浅粉红 6 4f8 4f96s2 铽
钆 4f75d16s2 4f7 7 无色 7 4f7 f75d16s2 钆
18.1.3 镧系元素的单质
18.1.2 镧系元素概述
1. 镧系元素的价电子构型和性质
原子 元素 序数 符号
元素 名称
39 Y
钇
57 La
镧
58 Ce
铈
59 Pr
镨
60 Nd
钕
61 Pm
钷
62 Sm
钐
63 Eu
铕
64 Gd
钆
65 Tb
铽
66 Dy
镝
67 Ho
钬
68 Er
铒
69 Tm
铥
70 Yb
镱
71 Lu
镥
价层电子 结构
4d15s2 5d16s2 4f15d16s2 4f36s2 4f46s2 4f56s2 4f66s2 4f76s2 4f75d16s2 4f96s2 4f106s2 4f116s2 4f126s2 4f136s2 4f146s2 4f145d16s2
稀土元素性质相似，将混生的 稀土加以分离是极其困难而有意义 的工作。
经常用到的分离方法有：离子交 换法、溶剂萃取法和化学法（重结晶 法）。
4. 稀土金属的制备
(1) 金属热还原法 (2) 熔盐电解法
18.1.4 镧系元素的重要化合物
1. Ln(Ⅲ)的化合物 除Pr2O3为深蓝，Nb2O3为浅蓝，Er2O
为粉红外，其他Ln2O3均为白色。 Ln(OH)3 具有碱性，碱性介于
化学竞赛培训元素化学部分第10章f区元素
水体污染
通过地表径流和地下水渗透，f区元素可能进入水体，造成水体污 染。
大气污染
某些f区元素在大气中不易分解，可长时间悬浮，造成大气污染。
使用时的注意事项与安全性
防护措施
使用f区元素时，应穿戴防护服、手套、口罩等防护用品，以减少 与有害物质的直接接触。
1940s
通过核反应和粒子加速 器等手段，科学家成功 合成了一些超重元素， 进一步证实了f区元素的 存在。
制备方法
高能核反应
通过高能核反应合成超重元素，如使用粒子加速 器轰击重元素靶。
放射性衰变
某些长寿命f区元素可以由放射性衰变产生，如铹 元素。
高温高压合成
在极端条件下合成超重元素，如使用激光或离子 束技术。
新材料探索
利用f区元素的特性，探索和开发具有优异性能的新材料， 如超导材料、磁性材料、发光材料等，为科学技术进步做 出贡献。
生命科学研究
某些f区元素（如镧系元素和锕系元素）具有与生物活性相 关的特性，在生物标记、药物设计和生物成像等领域有潜 在应用价值。
日常生活中的应用
1 2
照明和显示技术
利用某些f区元素的发光特性，制造高效、环保 的照明和显示产品，如LED灯具、液晶显示器等。
03 f区元素的化合物
氧化物
定义
f区元素氧化物是指该元素与氧元 素结合形成的化合物。
特性
f区元素氧化物大多数具有较高的 熔点和沸点，因为它们是离子型化 合物，且f区元素的离子半径较小， 使得离子键更加强健。
举例
例如，镧的氧化物La2O3是一种白 色固体，熔点高达2465°C。
氢氧化物
定义
f区元素的氢氧化物是指该元素与 氢和氧结合形成的化合物。
第十八章f区元素主要内容镧系元素的基本性质镧系元素的
第十八章 f 区元素?? 镧系元素的基本性质镧系元素的重要化合物镧系元素的相互分离镧系元素的存在提取和应用锕系元素概况重点难点：镧系元素电子结构名称镧系收缩概念及其产生原因和影响镧系元素的存在制备及用途镧系元素氧化物氢氧化物的性质镧系元素的分离方法及原理锕系元素电子结构名称及与镧系元素的相似性熟悉镧系元素电子结构名称镧系收缩概念及其产生原因和影响了解镧系元素的存在制备及用途重点掌握镧系元素氧化物氢氧化物的性质了解镧系元素的分离方法特别注意溶剂萃取法及离子交换法的原理简单了解锕系元素电子结构名称及与镧系元素的相似性 2学时§18.1 镧系元素18.1.1 基本性质概述有关f 区元素定义的争论仍在继续一种意见将镧系和锕系分别界定为La 之后的14 种元素和Ac 之后的14种元素结果是镧系不包括La 而锕系不包括Ac 另一种意见是镧系应包括La 而锕系应包括Ac 各有15 个元素“稀土” —别致有趣的名字稀土的英文是Rare Earths 18 世纪得名“稀”原指稀贵“土” 是指其氧化物难溶于水的“土” 性其实稀土元素在地壳中的含量并不稀少性质也不象土而是一组活泼金属“稀土” 之称只是一种历史的习惯Hf4 周期表元素中基态f 轨道最先在镧系元素出现，镧系元素的某些基本性质，可见书里表中所列。
对镧系元素的基本性质，着重强调规律性。
1. 镧系元素分组二分组三分组和四分组现象及其产生原因2. 镧系元素的电子构型和性质3. 氧化态特性4. 单向变化与离子半径（镧系收缩）要讲清其概念产生原因和产生的后果5. 峰谷变化与原子半径6. 周期变化和离子的颜色Ln3离子的颜色在晶体和水溶液中很有规律可从电子构型上讲7. 奇偶变化与元素的地壳丰度18.1.2 重要化合物1 氢氧化物和氧化物Ln3的盐溶液中加入氨水或NaOH 等得到镧系元素的氢氧化物沉淀LnOH3 这些氢氧化物的碱性与CaOH2 接近但溶解度却要小得多LnOH3 开始沉淀的pH 值由LaOH3 至LuOH3 依次减小LnOH3 的溶度积也按同一方向减小镧系元素的氧化物可由氢氧化物加热脱水或某些含氧酸盐如草酸盐碳酸盐硝酸盐甚至硫酸盐加热分解的方法制备通式通常为Ln2O3 三价铈盐在空气中加热分解生成CeO2白色或淡黄色而镨盐和铽盐则得到混合价态氧化物Pr6O114PrO2 Pr2O3 棕黑色和Tb4O72TbO2 Tb2O3 暗棕色镧系元素氧化物属碱性氧化物不溶于碱而溶于强酸中高温灼烧过的CeO2 难溶于强酸需加入还原剂如H2O2 以助溶镧系元素氧化物是一种盐转化为另一种盐的重要中间体 2 LnIII的重要盐类化合物重要的可溶盐有如氯化物硫酸盐和硝酸盐重要的难溶盐有如草酸盐碳酸盐氟化物和正磷酸盐镧系元素氧化物氢氧化物碳酸盐与盐酸反应均可得到氯化物酸性水溶液通过浓缩可得氯化物结晶LnCl3 nH2On6 或7 直接加热LnCl3 nH2O 时发生部分水解LnCl3 nH2OLnOCl2HCln-1H2O 无水氯化物是电解法制备金属的起始物通常要在氯化氢气流中或NH2Cl 存在下或真空脱水的方法制备NH4Cl 存在下抑制LnOCl 生成的反应如下LnOCl2NH4ClLnCl3H2O2NH3 从水溶液中析出的硫酸盐通常是水合硫酸盐除硫酸铈为九水合物外其余皆形成八水合物Ln2SO4 8H2O 硫酸盐的溶解度随温度升高而下降XLn2SO43yM2SO4zH2OxLn2SO43 yM2SO4 zH2O 式中的M 代表Na或K或NH4 碱金属硫酸盐浓度较低时xyz 值分别为1 1 2 或1 1 4 硫酸复盐的溶解度随原子序数的增大而增大处理以镧铈镨钕等为主的矿物时利用硫酸复盐较低的溶解度与溶液中的大量Fe3分离水溶液中的Ln3离子与H2C2O4 生成难溶于水的水合草酸盐Ln2C2O43 nH2O 一般情况下n10 但也有n679 和11 的由于草酸盐在酸性溶液中也难溶可使镧系元素与许多其他金属离子分离开来3 CeIV和EuII的化合物与酸性介质相比碱性环境实现CeIII至CeIV的转化容易得多例如空气能将LnIII溶液中沉淀出来的LnOH3k r OHC3 氧化为CeOH4 4CeOH3O22H2O4CeOH4 白色黄色CeOH4 开始沉淀的pH 值约为0.71.0 比LnOH3 低得多工业上分离铈利用CeOH4 与LnOH3 碱度的差别控制pH 约为2.5 用稀硝酸可溶解LnOH3 而将CeOH4 留在沉淀中与CeIII转化为CeIV的条件不同相反的转化往往在酸性介质中进行酸性溶液中的Ce4为强氧化剂以铈IV 盐溶液进行氧化还原滴定的方法叫铈量法用铈量法测定铁的反应为Ce4Fe2Ce3Fe3 铈量法的优点是容易提纯CeSO42 2NH4SO4 2H2O 配制标准溶液时可以直接称量而不必用其他基准物标定标准溶液可较长时间放置加热煮沸也不易分解与KMnO4法不同可在HCl 介质中滴定Fe2 这是因为稀HCl 介质中Ce4与Cl-的反应缓慢而且发生在与Fe2反应完成之后不生成中间氧化态副反应少Ln3离子中只有Eu3能被Zn锌粉锌粒或锌汞齐还原还原反应为2Eu3 aq Zns2Eu2aqZn2aq 与Eu3相比Eu2aq与Ln3aq的分离要容易得多EuOH2 开始沉淀的pH 值较LnOH3 高得多以这种差别为基础的分离方法叫碱度法Eu2离子表现出与碱土金属特别是与Sr2和Ba2离子相似的性质例如EuSO4 和BaSO4的溶解度都很小而且属于类质同晶碱度法分离后得到的Eu2溶液中加BaCl2 和Na2SO4可使EuSO4 和BaSO4 共沉淀用稀HNO3 洗涤时沉淀中的Eu2被氧化至Eu3而进入溶液Eu2aq亦可被Fe3aq氧化Eu2aqFe3aqEu3aqFe2aq 该反应可用于Eu2的氧化还原滴定以NH4CNS 为指示剂在过量Fe3存在时出现的红色指示终点到达Eu2空气中不稳定分离和分析操作应在惰性气氛保护下进行。
无机化学练习题
无机化学练习题（含答案）第1章 原子结构与元素周期系1-1 1-1 试讨论，试讨论，试讨论，为什么有的元素的相对原子质量为什么有的元素的相对原子质量为什么有的元素的相对原子质量（原子量）（原子量）（原子量）的有效数字的位数多达的有效数字的位数多达9位，而有的元素的相对原子质量（原子量）的有效数字却少至3~4位？位？ 1-2 Br 2分子分解为Br 原子需要的最低解离能为190kJ/mol 190kJ/mol，求引起溴分子解离，求引起溴分子解离需要吸收的最低能量子的波长与频率。
1-3 1-3 氢原子核外电子光谱中的莱曼光谱中有一条谱线的波长为氢原子核外电子光谱中的莱曼光谱中有一条谱线的波长为103nm 103nm，问：它，问：它相应于氢原子核外电子的哪一个跃迁？1-4 1-4 周期系中哪一个元素的电负性最大？哪一个元素的电负性最小？周期系从周期系中哪一个元素的电负性最大？哪一个元素的电负性最小？周期系从左到右和从上到下元素的电负性变化呈现什么规律？为什么？1-5 1-5 什么叫惰性电子对效应？它对元素的性质有何影响？什么叫惰性电子对效应？它对元素的性质有何影响？1-6 当氢原子的一个电子从第二能级层跃迁至第一能级层时发射出光子的波长是121.6nm ；当电子从第三能级层跃迁至第二能级层时，发射出光子的波长是656.3nm 。
问哪一个光子的能量大？。
问哪一个光子的能量大？1-7 有A,B,C,D 四种元素。
四种元素。
其中其中A 为第四周期元素，为第四周期元素，与与D 可形成1:1和1:2原子比的化合物。
B 为第四周期d 区元素，最高氧化数为7。
C 和B 是同周期元素，具有相同的最高氧化数。
D 为所有元素中电负性第二大元素。
为所有元素中电负性第二大元素。
给出四种元素的元给出四种元素的元素符号，并按电负性由大到小排列之。
1-8有A,B,C,D,E,F 元素，试按下列条件推断各元素在周期表中的位置、元素符号，给出各元系的价电子构型。
第十八章 f 区元素
第十八章
f区元素
镧系元素 §18.1 镧系元素
8. 化学性质
性质一： 性质一：与水作用 性质二：与氧作用 性质二： 性质三：与氢反应 性质三： 性质四：易溶于稀酸，不溶于碱 性质四：易溶于稀酸，
4f 145d16s2
第十八章
f区元素
镧系元素 §18.1 镧系元素
镧系元素一般都能形成稳定的+3氧化 态，+3是镧系元素的常见氧化态，特征氧 化态。
第十八章 镧 系 元 素 的 氧 化 态 与 电 子 层 结 构 的 关 系 4f 4f
原子 元素 序数 名称 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 镧 铈 镨 钕 钷 钐 元素 符号 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
原子 序数 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 元素 名称 镧 铈 镨 钕 钷 元素 符号 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
f区元素
§18.1 镧
元素 元素
7. 标准电极电势
镧 系 元 素 的 标 准 电 极 电 势
第十八章
f区元素
镧系元素 §18.1 镧系元素
镧系元素原子中不成对电子数多，加上电 子轨道磁矩对顺磁性的贡献，镧系元素可以做 良好的顺磁材料。 稀土的合金可以做永磁材料： • 第一代永磁材料是AlNiCo，PtCo5； • 第二代是SmCo5，Sm2Co7； • 第三代是钕铁硼，性能越来越好。
第十八章
第十八章
f区元素
镧系元素 §18.1 镧系元素
高中《无机化学》第十六至十八章测试题及答案
高中《无机化学》第十六至十八章测试题及答案(d区元素、f区元素)(总9页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-高中《无机化学》第十六至十八章测试题及答案（d区元素、f区元素）第十六章 d区元素（一）一、填空题1、在所有过渡元素中，熔点最高的金属是 W ，熔点最低的是 Hg ，硬度最大的是 Cr ，密度最大的是 Os ，导电性最好的是 Ag ，耐海水腐蚀的是Ti 。
2、分别写出下列离子的颜色：[Fe(H2O)6]2+淡绿色，FeO42-紫色，[FeCl4]-黄色，[Fe(H2O)6]3+淡紫色，[Ti(H2O)6]3+紫色，VO43-淡黄色，[Co(H2O)6]2+粉红色，[Mn(H2O)6]2+粉红色，[Ni(H2O)6]2+绿色。
3、CrCl3溶液与氨水反应生成灰绿色的 Cr(OH)3沉淀该产物与NaOH溶液反应生成亮绿色的 Cr(OH)4-。
4、锰在自然界主要以软锰矿的形式存在，在强氧化剂(如KClO3)作用下碱熔时只能得到 +6 价锰的化合物，而得不到高锰酸盐，这是因为后者在碱中和受热均分解。
5、K2Cr2O7(s)与浓H2SO4反应生成的氧化物为 CrO3，它为橙红色，遇酒精立即着火，生成铬的一种绿色氧化物，其化学式为 Cr2O3。
KMnO4(s)与浓H2SO4作用生成的氧化物为 Mn2O7；MnO2与浓H2SO4反应生成的气体是O2。
6、高锰酸钾是强氧化剂，它在酸性溶液中与H2O2反应的主要产物是 O2和 Mn2+，它在中性或弱碱性溶液中与Na2SO3反应的主要产物为 SO42-和MnO2。
7、在强碱性条件下，KMnO4溶液与MnO2反应生成绿色的 K2MnO4；在该产物中加入硫酸后生成紫色的 KMnO4和褐色的 MnO2。
8、三氯化铁蒸气中含有的聚合分子化学式为 Fe2Cl6，其结构与金属 Al 的氯化物相似。
FeCl3能溶于有机溶剂。
9、既可用于鉴定Fe3+，又可用于鉴定Co2+的试剂是 KCNS ，当Fe3+存在时，能干扰Co2+的鉴定，可加入 NaF 因生成 FeF63-而将Fe3+掩蔽起来，消除对Co2+鉴定的干扰。
稀土元素
在具有f7的中点Gd3+钆处，微有不连续性， 这种现象被称之为Gd断效应 断效应。 这种现象被称之为 断效应。
Pm3＋ r/pm △(pm) 97.9 1.5
Sm3＋ 96.4 1.4
Eu3＋ 95.0 1.2
Gd3＋ 93.8 1.5
Tb3＋ 92.3 1.5
Dy3＋ 90.8
镧系收缩的影响(influence of lanthanide 镧系收缩的影响 contraction)
5. 镧系元素的分组 （1）峰谷效应（双峰效应） 镧系元素的原子半径在Eu和 Yb处出现峰和在Ce处出现 谷的现象 铈组（轻稀土）La Ce Pr Nd (Pm) Sm 铈组 钇组（重稀土）Eu Gd Tb Dy Y Ho Er Tm Yb Lu 钇组
（2）三分组效应 三分组效应
∆solHmθ/kJ·mol
原子序数 元素 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥
符号 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
价电子层结构 4f0 5d1 4f1 5d1 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7 4f7 5d1 4f9 4f10 4f11 4f12 4f13 4f14 4f14 5d1 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2
Hale Waihona Puke 1 －－－－~ 分 组组（ 组 组（ 组（ 组
LnCl3
三组 分
LnCl3·6H2O －
）La Ce Pr Nd (Pm) Sm ） Eu Gd Tb Dy ）Y Ho Er Tm Yb Lu
ds区,d区和f区元素
子构型具有接受配位体孤对电子的条件，因此它
们容易形成配合物，一般容易形成氟配合物、氰 配合物和氨配合物。 此外，过渡元素氧化物水合物的酸碱变化规律 和主族元素相似。对同种元素而言，低价的显碱
性，高价的显酸性。注意p304列出的ⅢB-ⅦB族过
渡元素最高价态氧化物水合物的酸碱性。
8.2 铜族和锌族元素的化合物 8.2.1 通性
3. 锌配合物 Zn2+和氨水、KCN等能形成无色的四配位离子： [Zn(NH3)4]2+、[Zn(CN)4]2-、[Zn(CN)4]2-用于电镀中 4. 汞配合物 Hg(I)形成配合物倾向较小。 Hg(II)易和CN-、SCN-、Cl-、Br-、I-离子均生成 [ML4]2-配离子。
Hg2++2I-→HgI2↓(红色)+2I-→[HgI4]2[HgI4]2-与碱混合后叫奈氏试剂，用于鉴定NH4+、
3. 形成配合物（Zn2+，Al3+的分离）
Zn 2 Al3
2 NH 3O H
Zn(OH ) 2 Al(OH ) 3
2 NH 3O H
[ Zn( NH 3 ) 4 ] 2 （白色） Al(OH )（白色） 3
8.2.3 重要的盐类 1. 几种常用的盐 硫酸铜、硝酸银、氯化汞、氯化亚汞（p306-308自 己看书，了解基本性质和用途） 2. Cu2+和Cu+的相互转化 从Cu(I)结构（3d10）看，Cu(I)是稳定的，如自然 界中有Cu2O和Cu2S的矿物存在。但在水溶液中Cu+ 易歧化，这是由于Cu2+的电荷比Cu+多，半径又小， 所以Cu2+的水合焓（-2100kJ· -1）比Cu+的（-593 mol kJ· -1）代数值小得多，∴水溶液中Cu2+比Cu+稳)4)]2+、[CuCl4]2-、[Cu(NH3)4]2+等，
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从镧（原子序数51）到镥（原子序数 71）共15种元素，统称为镧系元素（用Ln 表示），它们的化学性质十分相似，位于 周期表的第ⅢB族，但它们不是同位素。
第十八章 f区元素
§18.1 镧系元素
2. 价电子层结构
根据洪特规律的特例，等价轨道在全充 满、半充满或全空的状态下较稳定，所以， 镧的价电子层结构是4f05d16s2（全空），而 不是4f16s2。
f 区 系 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱
锕 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No 系锕 钍 镤 铀 镎 钚 镅 锔 锫 锎 锿 镄 钔 锘
第十八章 f区元素
18.1 镧系元素
1. 元素
§18.1 镧系元素
镧 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb 系镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱
Al Si P S Cl Ar
VIII
IB IIB 铝 硅 磷 硫 氯 氩
4
K 钾
Ca 钙
Sc 钪
Ti 钛
V 钒
Cr Mn Fe 铬锰铁
Co 钴
Ni Cu Zn Ga Ge 镍铜锌镓锗
As 砷
Se 硒
Br 溴
Kr 氪
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5 铷锶钇锆铌钼锝钌铑钯银镉铟锡锑碲碘氙
电离势/(kJ·mol-1 ) Ln(g) Ln3+(g)+3e-
—— 3752 3786 3898 3920 3930 4044 4193 3886
第十八章 f区元素
§18.1 镧系元素
镧系元素一般都能形成稳定的+3氧化 态，+3是镧系元素的常见氧化态，特征氧 化态。
4f
第十八章 f区元素
镧
原子 序数
第十八章 f区元素
(f-Block Element)
§18.1 镧系元素 §18.2 锕系元素
族
周
期 IA
0
1
H 氢 IIA
s区
Li Be
2 锂铍
d区
Na Mg 3 钠 镁 IIIB IVB VB VIB VIIB
He
p区
IIIA IVA VA VIA VIIA 氦
B C N O F Ne
f区
硼碳 氮氧 氟氖
第十八章 f区元素
§18.1 镧系元素
镧没有f电子，但它与其它镧系元素的 化学性质非常相似，这主要是因为镧系元 素随电子数的增加而新增的电子进入了内 层的4f轨道，最外两个电子层对4f轨道有较 强的屏蔽作用，它们的化学性质受4f轨道的 影响很小，所以化学性质十分相似。
第十八章 f区元素
3. 氧化态
§18.1 镧系元素
镧系元素的+3氧化态与电离势的关系
原子 元素 元素 序数 名称 符号
57 镧 La 58 铈 Ce 59 镨 Pr 60 钕 Nd 61 钷 Pm 62 钐 Sm
价电子层 结构
4f 05d16s2 4f 15d16s2 4f 3 6s2 4f 4 6s2 4f 5 6s2 4f 6 6s2
价电子层 结构
4f 7 6s2 4f 75d16s2 4f 9 6s2 4f 10 6s2 4f 11 6s2 4f 12 6s2 4f 13 6s2 4f 14 6s2 4f 145d16s2
+3价氧化态Ln3+ 电子层结构
4f 6 4f 7 4f 8 4f 9 4f 10 4f 11 4f 12 4f 13 4f 14
+3价氧化态电子层结构 [Xe]4f0 La3+ [Xe]4f1 Ce3+ [Xe]4f2 Pr3+ [Xe]4f3 Nd3+ [Xe]4f4 Pm3+ [Xe]4f5 Sm3+ [Xe]4f6 Eu3+ [Xe]4f7 Gd3+ [Xe]4f8 Tb3+ [Xe]4f9 Dy3+ [Xe]4f10 Ho3+ [Xe]4f11 Er3+ [Xe]4f12 Tm3+ [Xe]4f13 Yb3+ [Xe]4f14 Lu3+
+3价氧化态Ln3+ 电离势/(kJ·mol-1 )
电子层结构
Ln(g) Ln3+(g)+3e-
4f 0
3455
4f 1
3524
4f 2
3627
4f 3
3694
4f 4
——
4f 5
3871
第十八章 f区元素
§18.1 镧系元素
（续前表）
原子 元素 元素 序数 名称 符号
63 铕 Eu
64 钆 Gd 65 铽 Tb 66 镝 Dy 67 钬 Ho 68 铒 Er 69 铥 Tm 70 镱 Yb 71 镥 Lu
系 元
57
素 58
的 59
氧 60
化 61
态 62
与 63
电 子
64 65
层 66
结 67
构 68
的 69
镥是4f145d16s2，4f轨道已填满，余下的 一个电子填充在5d轨道上。
第十八章 f区元素
§18.1 镧系元素
原子序数 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
元素名称 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥
最外三个电子层的结构 4s24p64d104f05s25p65d16s2 4s24p64d104f15s25p65d16s2 4s24p64d104f35s25p6 6s2 4s24p64d104f45s25p6 6s2 4s24p64d104f55s25p6 6s2 4s24p64d104f65s25p6 6s2 4s24p64d104f75s25p6 6s2 4s24p64d104f75s25p65d16s2 4s24p64d104f95s25p6 6s2 4s24p64d104f105s25p6 6s2 4s24p64d104f115s25p6 6s2 4s24p64d104f125s25p6 6s2 4s24p64d104f135s25p6 6s2 4s24p64d104f145s25p6 6s2 4s24p64d104f145s25p65d16s2
6
Cs Ba Lu 铯钡镥
பைடு நூலகம்
Hf 铪
Ta 钽
W 钨
Re Os 铼锇
Ir 铱
Pt Au Hg Tl 铂金汞铊
Pb 铅
Bi 铋
Po 钋
At Rn 砹氡
7
Fr Ra Lr 钫镭铹
Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uun Uun ***
镧 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb