第八章课后习题参考答案
3.结合实际情况讨论镧系元素的应用。
解：主要用于炼钢的除氧剂和除硫剂，改善钢铁的结构和可塑性。也用来制造完全无色或带有各种色彩的高级玻璃，例如在玻璃中加入Ce( )化合物不仅可以使其脱色，而且可防止紫外线和红外线的透过；加入氧化镧的玻璃，由于折射率增加的同时色散率减少，因而具有优良的光学性能，可以用来改进摄影机镜头的质量，扩大视场角，提高鉴别本领。用镧系元素制得的 Nd–Fe–B和Sm–Co磁性材料，磁性极强。镧系元素有着特异的电子结构和线状发光性质，可产生高效率的激光，如掺有钕的玻璃就是一种很好的激光材料。镧系金属的化合物在石油、化工生产中广泛用作催化剂，如混合镧系(稀土)的氯化物等是石油裂化、有机合成的良好催化剂。氧化物是难熔的粉末，不溶于水，细而硬，是光学玻璃的最好磨料。钕、钐、铕等氧化物是优良的荧光粉材料，色彩鲜艳，稳定性好。
4.试对镧系分离的方法加以评述：
解：在自然界中，镧系元素分布得很散，常是利用Ln3+离子半径的微小差别，亦即碱度的微小差别，可以对镧系离子进行分离：如：
(1) Ln3+水解生成Ln(OH)3沉淀的趋势随原子序数的增加(即碱度减弱)而增加，当加入NaOH时，溶解度最小、碱度最弱的Lu将最先以Lu(OH)3的形式沉淀出来，而溶解度最大，碱度最强的La将最后以La(OH)3沉淀。
(2) Ln3+ 离子生成配合物的稳定性多是随离子半径的减小，即碱度减弱而增大的。例如在H-型阳离子交换树脂上使Ln3+离子的溶液流下，这时Ln3+离子将与H+离子交换而被吸附在阳离子交换柱上。然后，用螯合剂(如EDTA)在适当的pH和流速下淋洗，此时，半径较小、碱度较弱、能形成较稳定配合物的重镧系离子将从交换柱上最先被淋洗出来。假如条件控制得好，各个Ln3+离子可以全部被分离开，至少可以被分成几个组。当这个过程在串联起来的若干个交换柱上进行时(类似于多次分离)，其分离效果就更好。
关于镧系的分离，必须强调指出的是，若能利用Ln3+离子与非+3价离子的化合物在性质上的较大差异来分离镧系元素比纯粹利用Ln3+离子的碱性的微小差异来分离更为容易，例如：
Ce4+在HNO3溶液中用磷酸三丁酯萃取时，+4价的Ce4+比其他+3价镧系离子更易被萃取到有机相之中，因而能首先与其他+3价镧系离子分离。这当然是因为+4价Ce4+的离子势比其余+3价镧系的离子势更大，碱度更弱，与有机溶剂磷酸三丁酯更容易生成溶剂合物(称为萃合物)而进入有机相之故。
总之，镧系离子的分离主要是根据各个离子的碱度的微小差异，利用生成配合物或萃合物的能力上的差别以离子交换或溶剂萃取的方法来进行的，有时还辅以溶解度，或氧化态的差别。如控制pH值使氢氧化物分级沉淀或某些盐类的分级结晶，将Ce3+氧化成Ce4+，Eu3+还原成Eu2+等来达到分组或分离成单一元素的目的。
下面是用溶剂萃取方法分离籣系离子的流程图：
