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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]5d16s2 ②[Xe]4f n5d16s2组态（n=1，7，14）：铈Ce；钆Gd；镥Lu ③[Xe]4f n组态（n=3～7，9～14）：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 3+[Ar]；Y3+[Kr]；La3+[Xe] ②[Xe]4f n 组态（n=1～14）：Ce3+；Pr3+；Nd3+；Pm3+；Sm3+；Eu3+；Gd3+；Tb3+；Dy3+；Ho3+； Er3+；Tm3+；Yb3+；Lu3+2. 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4f 7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？产生的原因是什么？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镧系收缩效应。
1.稀土元素符号，氧化物和草酸盐的化学式，可能的各种价态的电子构型。
写出稀土离子的基态光谱项，三价稀土离子的颜色，何谓镧系收缩，四分组效应，双双效应？讨论稀土的二价化合物和四价化合物稳定性及如何应用该变价性质来分离稀土元素。
答案:稀土元素符号（1）镧（La）、铈（Ce）、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu) 57—71 和21的钪（Sc）39的钇（Y）工业上常用的稀土元素除了钪（Sc）钷(Pm)氧化物形式是正三价铈是特殊的氧化物是：CeO2和Pr6O11 Tb4O2草酸盐化合物：草酸盐都是正三价钪钇的离子是无色的离子未成对电子数光谱项颜色光谱项未成对电子数离子La3+0(4f 0) 1S0无1S00(4f 14) Lu3+Ce3+1(4f 1) 2F5/2无2F5/21(4f 13) Yb3+Pr3+2(4f2) 3H4黄绿3H62(4f 12) Tm3+Nd3+3(4f3) 4I9/2红4I15/23(4f 11) Er3+Pm3+4(4f4) 5I4粉红/淡黄5I84(4f 10) Ho3+Sm3+5(4f5) 6H5/2淡黄6H15/25(4f 9) Dy3+Eu3+6(4f6) 7F0浅红7H66(4f 8) Tb3+Gd3+7(4f 7) 8S7/2无8S7/27(4f 7) Gd3+镧系收缩：在镧到镥15个稀土元素的离子重，电子层数都为5层，但半径随着原子序数增加减少。
这种现象叫做“镧系收缩”四分组效应：所谓四分组效应是指15个镧系元素的液液萃取体系中以分配比对原子序数作图，能用四条平滑的曲线将图上标出15个点分成四组。
第一组La,Ce,Pr,Nd.第二组Pm,Sm,Eu,Gd第三组Gd Tb Dy Ho 第四组Er Tm Yb Lu双双效应：是指镧系元素分离因素与原子序数的关系中分为La-Gd和Gd-Lu两组，各组中出两个现最大值和最小值。
产地：具有经济开采价值的独居石主要资源是冲积型或海滨砂矿床。
最重要的海滨砂矿床是在澳大利亚沿海、巴西以及印度等沿海。
此外，斯里兰卡、马达加斯加、南非、马来西亚、中国、泰国、韩国、朝鲜等地都含有独居石的重砂矿床。
独居石的生产近几年呈下降趋势，主要原因是由于矿石中钍元素具有放射性，对环境有害。
氟碳铈矿化学成分性质：（Ce，La）[CO3]F。
机械混入物有SiO2、Al2O3、P2O5。
氟碳铈矿易溶于稀HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。
晶体结构及形态：六方晶系。
复三方双锥晶类。
晶体呈六方柱状或板状。
细粒状集合体。
物理性质：黄色、红褐色、浅绿或褐色。
玻璃光泽、油脂光泽，条痕呈白色、黄色，透明至半透明。
硬度4～4.5，性脆，比重4.72～5.12，有时具放射性、具弱磁性。
在薄片中透明，在透射光下无色或淡黄色，在阴极射线下不发光。
生成状态：产于稀有金属碳酸岩中；花岗岩及花岗伟晶岩中；与花岗正长岩有关的石英脉中；石英─铁锰碳酸盐岩脉中；砂矿中。
用途：它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。
铈族元素可用于制作合金，提高金属的弹性、韧性和强度，是制作喷气式飞机、导弹、发动机及耐热机械的重要零件。
亦可用作防辐射线的防护外壳等。
此外，铈族元素还用于制作各种有色玻璃。
截止到2011年12月，已发现的最大的氟碳铈矿位于中国内蒙古的白云鄂博矿，作为开采铁矿的副产品，它和独居石一道被开采出来，其稀土氧化物平均含量为5～6%。
品位最高的工业氟碳铈矿矿床是美国加利福尼亚州的芒廷帕斯矿，这是世界上唯一以开采稀土为主的氟碳铈矿。
磷钇矿化学成分及性质：Y[PO4]。
成分中Y2O361.4%，P2O538.6%。
有钇族稀土元素混入，其中以镱、铒、镝、钆为主。
尚有锆、铀、钍等元素代替钇，同时伴随有硅代替磷。
一般来说，磷钇矿中铀的含量大于钍。
磷钇矿化学性质稳定。
晶体结构及形态：四方晶系、复四方双锥晶类、呈粒状及块状。
物理性质：黄色、红褐色，有时呈黄绿色，亦呈棕色或淡褐色。
稀土一词是历史遗留下来的名称。
稀土元素是从18世纪末叶开始陆续发现，当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。
土一般是以氧化物状态分离出来的，又很稀少，因而得名为稀土。
通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土或铈组稀土；把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀土或钇组稀土。
也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。
(谐音记忆法：烂事普女破衫，有个特低货儿丢一路）概述日本是稀土的主要使用国，目前中国出口的稀土数量居全球之首稀土作为许多重大武器系统的关键材料，美国几乎都需从中国进口。
稀土是中国最丰富的战略资源，它是很多高精尖产业所必不可少原料，中国有不少战略资源如铁矿等贫乏，但稀土资源却非常丰富。
在当前，资源是一个国家的宝贵财富，也是发展中国家维护自身权益，对抗大国强权的重要武器。
中国改革开放的总设计师邓小平同志曾经意味深长地说：“中东有石油，我们有稀土。
”稀土用途在军事方面稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。
比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。
而且，稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。
稀土科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。
从一定意义上说,美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制，以及能够对敌人肆无忌惮地公开杀戮，正缘于稀土科技领域的超人一等。
在冶金工业方面稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业；稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中，可以改善合金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。
稀土基本知识目录1. 什么是稀土 (2)1.1 稀土元素的定义 (3)1.2 稀土元素的化学性质 (3)1.3 稀土元素的物理性质 (4)1.4 稀土元素的分布和来源 (6)2. 稀土元素的分类 (7)2.1 扫描dium期的稀土元素 (7)2.2 十六种稀土元素 (8)2.3 其他与稀土元素相关的元素 (9)3. 稀土元素的用途 (11)3.1 电子工业 (12)3.2 磁性材料 (13)3.3 催化剂 (14)3.4 玻璃和陶瓷 (16)4. 稀土元素的开采和加工 (17)4.1 稀土矿的种类和分布 (18)4.2 稀土元素的提取工艺 (19)4.3 稀土元素的精炼工艺 (20)5. 稀土元素的环保问题 (21)5.1 开采和加工过程的污染问题 (23)5.2 稀土元素在环境中的蓄积和迁移 (24)5.3 稀土元素的资源利用和回收利用 (26)6. 稀土元素的未来发展 (26)6.1 新兴应用领域 (27)6.2 资源利用的创新和技术发展 (29)1. 什么是稀土全称是非常稀有土元素，是一种用于各个高科技领域至关重要的资源。
它们是元素周期表上17种金属元素中的一类，包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和锕系元素钍和钚。
由于它们的化学特性相似，这些元素通常一起加工和利用。
稀土之所以得名略具误导性，是因为它们在自然界中并不完全稀缺。
其名称来源于它们最初被发现的难以提取的特性，随着科技的进步和提取技术的优化，稀土元素的供应变得相对丰富。
它们在工业上也扮演着关键角色，尤其是在现代化技术中，如光电、永磁、储能、显示技术以及电子、汽车和航空航天等领域。
在环境和技术领域，稀土也因其对地球生态系统的潜在影响而备受关注。
商业生产稀土通常涉及高耗能流程和可能导致环境污染的活动，这促使研发者和制造商寻找更加可持续和环保的稀土提取与处理方式。
稀土不但是现代工业和技术的核心材料，也是可持续发展和环境保护工作中需要考虑的一个关键因素。
稀土知识介绍简介：稀土资源的性质、特点、赋存状态、分解方法，与稀土金属的生产与制备一、概述稀土一词，是历史遗留下来的名称。
稀土元素是从18世纪末叶开始陆续发现，当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。
稀土一般是以氧化物状态分离出来的，又很稀少，因而得名稀土。
通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕，称为轻稀土或铈组稀土；把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀土或钇组稀土。
也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。
这些稀土元素的发现，从1794年芬兰人加多林(J.Gadolin)分离出钇到1947年美国人马林斯基(J.A.Marinsky)等制得钷，历时150多年。
其中大部分稀土元素是欧洲的一些矿物学家、化学家、冶金学家等发现制取的。
钷是美国人马林斯基、格兰德宁(L.E.Glendenin)和科列尔(C.D.Coryell)用离子交换分离，在铀裂变产物的稀土元素中获得的。
过去认为自然界中不存在钷，直到1965年，芬兰一家磷酸盐工厂在处理磷灰石时发现了痕量的钷。
二、稀土元素的性质与应用大多数稀土金属呈现顺磁性。
钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。
铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性，镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。
钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。
稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。
除镱外，钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。
稀土表面积研究是非常重要的，稀土的表面积检测数据只有采用BET 方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。
目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）----气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。
稀土资源简介一、稀土概述稀土一词是历史遗留下来的名称。
稀土元素是从18世纪末叶开始陆续发现，当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。
稀土一般是以氧化物状态分离出来的，又很稀少，因而得名为稀土。
稀土元素的发现至今已经经历了一个漫长的时期，人们对稀土元素独特的化学性质和物理性质的认识，也经历了一个逐渐深入的过程，因此能合理充分地应用稀土元素。
1、稀土元素的定义及分布稀土元素是指周期表中第57（镧）到71（镥）号原子序的镧系元素，以及第三副族中的钪和钇共17个元素，它们在自然界中共同存在，性质非常相似。
由于这些元素发现的比较晚，又难以分离出高纯的状态，最初得到的是元素的氧化物，它们的外观似土，所以称它们为稀土元素。
除钪和钷外，其余15个元素往往共生。
稀土不是土，是一组典型的金属元素。
稀土在地壳中的含量并不稀少，比常见元素铜、锌、锡、铅、镍等元素要多。
世界已查明的稀土储量为9860万吨，其中中国占36.52%。
我国稀土资源主要分布在具有“稀土之谷”美誉的包头和四川、江西、广东、湖南、广西等地。
其中包头为氟碳铈矿与独居石的混合矿，四川为氟碳铈矿，江西、广东等南方五省为世界罕见的离子型矿，湖南有全国最大的独居石矿。
湖南的稀土资源储量在全国处于前列，且稀土矿种齐全。
主要有独居石矿及离子吸附型稀土矿。
独居石矿储量居全国首位，分布于环洞庭湖地区和岳阳新墙河流域，主要已探明较大矿点有岳阳筻口、华容三朗堰、望湘区（湘阴、岳阳、长沙三县交界之洞庭湖以东区）、临湘詹家桥和平江县南江桥区。
离子吸附型稀土矿储量在全国排在第四，沿南岭山脉分布广泛，在株州炎陵、郴州桂东和资兴、永州江华等地都储量丰富，主要矿点有江华姑婆山、炎陵东风和下村、郴州雪化顶和彭公庙等。
湖南省有特色矿还有郴州汝城益将稀土钪矿，独立钪矿远景资源量1515吨，伴生钪矿远景资源量4063吨，价值巨大。
另外江华、汝城、资兴、炎陵还有褐钇铌矿和磷钇矿。
2、稀土的分类及其冶炼方法稀土元素分为轻稀土和重稀土。
不同稀土对发光性能的影响1、镧系元素的价态稀土元素的最外层5d、6s电子构型基本相同，在化学反应中易于在5d、6s或4f亚层失去3个电子成为+3价态离子。
根据Hund规则，对于同一电子亚层，当电子分布为全充满、半充满和全空时，电子云的分布呈球形，原子或离子体系比较稳定。
在Eu3+之后Ce3+比4f0多1个电子，Gd3+之后Tb3+比4f7多1个电子，它们有进一步被氧化成+4价态的倾向。
而在Gd3+之前的Eu3+比4f7少1个电子，Lu3+之前的Yb3+比4f14少1个电子,它们有获得电子而被还原为+2价态的趋势。
非正常价态稀土离子的激发态构成与相应的三价稀土离子完全不同，光谱特性，尤其是光谱结构将发生显著变化。
镧系元素的价态示意图横坐标为原子序数，纵坐标线的长短表示价态变化倾向的相对大小。
[稀土发光材料及其应用李建宇][稀土发光材料张希艳]2、稀土离子的发光特点+3价：具有f-f跃迁的发光材料的发射光谱呈线状，色纯度高；荧光寿命长；由于4f轨道处于内层，很少受到外界环境的影响，材料的发光颜色基本不随基质的不同而改变；光谱形状很少随温度而变，温度猝灭小，浓度猝灭小。
在+3价态稀土离子中，Y3+和La3+无4f电子，Lu3+的4f亚层为全充满的，都具有密闭的壳层，因此它们属于光学惰性的，适用于作基质材料。
从Ce3+到Yb3+，电子依次填充在4f轨道，从f1到f13，其电子层中都具有未成对电子，其跃迁可产生发光，这些离子适于作为发光材料的激活离子。
+2价：+2价态稀土离子(RE2+)有两种电子层构型：4f n-15d1和4f n。
4f n-15d1构型的特点是5d轨道裸露于外层，受外部场的影响显著，4f n-15d1→4f n（即d→f跃迁）的跃迁发射呈宽带，强度较高，荧光寿命短，发射光谱随基质组成、结构的改变而发生明显变化。
RE2+的4f n内层电子构型的f电子数目和与其相邻的下一个+3价稀土离子(RE3+)相同，例如，Sm2+和Eu3+均为4f6,Eu2+和Gd3+均为Lu4f7。
原子序数为化学元素的统称。
氟碳铈镧矿[FCO3]、独居石[CePO4，Th3（PO4）4]、磷钇石（YPO4）、黑稀金矿[(Y，Ce，Ca) (Nb，Ta，Ti)2O6]、硅铍钇矿（Y2FeBe2Si2O10）、褐帘石[（Ca，铌矿物。
浅棕黑色，有玻璃光泽。
正方晶系，晶形为正方柱状，密度4.5～6.5g/cm3，莫氏硬度5.9，有弱磁性。
产于与碱性岩及正长岩侵入体有关的石英脉中。
与黄铁矿、方铅矿等硫化物共生。
矿物含五氧化二铌10.8%～11.5%，几乎不含钽。
为提铌矿物原料。
1.2稀土的物理性质稀土金属断口大多数呈银白色，其中钕和镨略带黄色，在一般条件下，它们的便面呈现褐色至黑色，视金属表面上所存在的氧化物膜或氮化物膜而定。
常温下，稀土金属都具有紧密排列的晶格结构：密排六方。
面心立方以及α-SM型的菱形体晶格，只有铕为体心立方结构。
大多数稀土金属具有同素异构转变，低温时为密排六方晶格，高温下变成体心立方晶格后融化。
在一级近似的下，镧系元素的密度依次单调增加，熔点按一定规律增高，只有铕和镱明显偏离这一关系。
稀土金属最明显的差异是原子核的性质，轻稀土镧和铈对热中子的吸收最少，钐、铕、钆等中，重稀土的热中子俘获界面远高于现反应堆作热中子俘获材料用的镉和硼。
稀土金属的导电性能较差，常温下的电阻率比铜高40~70倍。
高纯度稀土金属具有可塑性，其中铈、钐、镱还具有良好的延展性，其力学性能在很大程度上取决于杂质含量，特别是氧、硫、氮、碳德国。
钇族金属（镱除外）的弹性模量高于铈族金属。
稀土金属的硬度一般是随原子序数的增加而增大，其布氏硬度在２０~７０之间、除了钆、镝、钬具有铁磁性外，其他稀土元素均具有顺磁性。
１．３稀土金属的化学性质稀土金属的化学活性很强，能与大多数元素作用，其金属活泼性仅次于碱土金属。
稀土金属的活泼性按钪，钇，镧的顺序递增，由镧至镥递减，镧为最活泼的稀土金属。
稀土金属在室温下就能与空气中的氧作用，继续氧化的程度视所生产的氧化物的结构和性质而有所不同，镧铈镨钕氧化得很快，能在很长时间内保持金属光泽。
稀土元素常见化合价
稀土（Rare earth elements，REE）是指包括镧系元素、铈系元素、钆系元素、锕系元素、氡系元素、钇系元素在内的17种金属元素，其具有独特的化学性质和活性能，在新能源
开发、电子领域、医药、锂电池等领域有广泛应用。
稀土元素具有金属有机化合物特有的
有机反应能力，可以用来构建新型杂环化合物以及有机金属配合物。
稀土元素的常见化合价有三价和四价，三价稀土配合物通常存在气体状态，具有强烈的毒性。
它们常常以氢氟、氯氟、溴、氢硝基和氢磷酸根为络合剂形成气体化合物。
四价稀土
配合物有很高的熔点，它们经常以硝酸根、氯根、硫酸根、氰酸根或硫脲为络合剂形成固态化合物或溶液。
稀土四价配合物用来制备悬浮剂，它们具有优异的溶解度和抗溶解性，可以在恒定温度下用来制备一系列中等密度的悬浮剂。
稀土元素的共价化表现出许多可能的配合物，其体系主要分为稀土配并烷、稀土有机酸盐
和稀土有机金属氧化物几大类。
稀土配并烷是具有稀土元素作为芳香环内的中心环的有机
化合物，最常见的是稀土配烯酮，它们常用作水溶液类农药的催化剂；稀土有机酸盐是由
有机酸和稀土元素的单一的化合物，用于生产汽车照明系统及加料机等；稀土有机金属氧
化物以其独特的物质性质、结构丰富而闻名，用于制造电子元件和催化剂等。
稀土元素具有独特的化学性质，用于构建新型杂环化合物以及有机金属配合物，常见的化
合价有三价和四价，它们分别用来制作各种气体和固体的化合物，广泛应用于新能源开发、电子领域、医药、锂电池等领域，它们的应用可以满足我们日益增长的能源需求。
