子半径虽在收缩，但减小的数值很小，除4f轨道半充满和全充满的Er和Yb，其它原子半径总的趋势都在缩小，而特征的+3价离子的半径呈现出极有规律的依次减小。 镧系收缩的 结果，使后面的各过渡元素原子半径同相应同族上面的一个元素半径几乎相等，如IVB的Zr和Hf；VB的Nb和Ta；VIB的Mo和W等原子，离子半径极为接近，性质相似很难分离。

5． 为什么镧系元素彼此之间在化学性质上的差别比锕系元素彼此之间要小的多？ 答：镧系元素 多呈现特征的+3氧化态，而且结构和半径 也都相近，因此，无论 它们的单质或化合状态的差别都比较小。至于锕系元素 ，由于价电子充填在7s，6d，5f轨道上，而轻锕系元素的6d，5f之间的能量差比镧系元素中的 5d，4f间的能量差还要小，因此，轻锕系元素比镧系元素易呈现高的氧化态，如Ac，Th，Pa，U ，Np，Pu的稳定氧化态依次为+3，+4，+5，+6，+5，+4。其余元素以+3为特征，而且锕系元素 也较镧系元素呈现出更多种的 氧化态，如铀有+3，+4，+5，+6等具有多种氧化态的特性，使锕系元素间的差别无论在单质或化合状态都比较大。

6． 为什么镧系元素形成的配合物多半是离子型的？试讨论镧系配位化合物稳定性的

规律及其原因。

答：Ln3+离子的外层结构皆属Xe型8电子 外壳，其中内层的4f电子不易参加成键，具有更高能量的轨道（5d，6s，6p）虽可参加成键，但配位场稳定化能很小（只有1千卡），这说明Ln3+离子与配体轨道之间的相互作用极弱，故不易形成共价络合物，而只能依靠Ln3+离子对配体的静电引力形成离子型络合物，但由于Ln3+的离子半径较大，对配位体的引力较弱，所以形成络合物一般说来不够稳定，可是由于镧系收缩在镧系内随中心离子对配位体的引力作用逐渐 增加，所成络合物的稳定性也就依次递增。

7． 有一含铀样品重1.6000g，可提取0.4000g的U3O8（相对分子质量为842.2），该样

品中铀（相对原子质量为238.1）的质量分数是多少？

238.1?3?0.4842.2解：U% = ?100?21.2% 1.6000

8． 水合稀土氯化物为什么要在一定的真空度下进行脱水？这一点和其它哪些常见的

含水氯化物的脱水情况相似？

答：欲使水合稀土氯化物脱水，常采用加热的方法而加热又促进了稀土离子的水解从而得不到无水氯化物，为了防止水解，可采用控制一定真空读的方法，这样一方面可将水蒸汽抽出，抑制水解，另一方面，也可起到降低脱水温度作用和BeCl2?4H2O、ZnCl2?H2O、MgCl2?6H2O等水合氯化物的脱水情况相似

9． 完成并配平下列反应方程式：

?? （1） EuCl2 + FeCl3??? （2） CeO2 + HCl EuCl2 + FeCl3??? （3） UO2(NO3)2 ???? （4） UO3 UO2(NO3)2 ??? （5） UO3 +2HNO3 EuCl2 + FeCl3??? （6） UO3 + HF EuCl2 + FeCl3??? （7） UO3 + NaOH EuCl2 + FeCl3??? （8） UO3 + SF4 EuCl2 + FeCl3?解：（1）EuCl2 + FeCl3 = EuCl3 + FeCl2

(2) 2CeO2 + 8HCl = 2CeCl3 + Cl2 + 4H2O (3)2UO2(NO3)2 = 2UO3 + 4NO2 + O2 (4)6UO3 = 2U3O8 +O2

(5)UO3 +2HNO3 = UO(NO3)2 + H2O (6)6UO3 + HF = UO2F2 + H2O

(7)2UO3 + 2NaOH = Na2U2O7 + H2O (8)UO3 + 3SF4 = UF6 + 3SOF2

10．用硝酸浸取氢氧化铈（Ⅳ）和氢氧化稀土（Ⅲ）的混合物时，若将溶液的酸度控制

在pH=2.5，氢氧化稀土进入溶液，而氢氧化铈仍留在沉淀中，通过计算说明。 解：KspCe(OH)4=1.5×10-51

故当 p H=2.5，即 [OH-]=3.162×10-12 mol?dm-3时

?1.5?10?51?5-3 [Ce]= mol?dm ?1.5?10?124(3.162?10)4+

说明Ce4+离子基本沉淀完全，

而Ln(OH)3 的Ksp介于1.0×10-19-2.5×10-4之间

当[Ln3+]=0.1 mol?dm-3时，开始沉淀Ln3+离子的pH值则为7.82-6.30，这样当pH=2.5甚

3+

至再大一些时Ce4+以Ce(OH)4沉淀的形式除去，而稀土离子Ln皆不沉淀析出，如此，即可将Ln3+ 与Ce4+分离。

11．简述从独居石中提取混合稀土氯化物的原理。

答：独居石是稀土，钍，铀的磷酸盐矿，可用酸法（浓硫酸）和碱法（浓NaOH）将稀土与钍、铀、磷等元素分离，得混合稀土氯化物，碱法更优越。当独居石精矿与50%的浓NaOH溶液加热时，磷酸盐转变为稀土水合氯化物和氢氧化物并生成磷酸钠盐，用热水浸取和洗涤分离 可溶性的磷酸盐，沉淀物进行酸溶，根据稀土比钍、铀等易溶于酸的 性质，所以用盐酸溶解时 ，控制一定的pH值就可使大部分稀土 优先溶出，而铀、钍等溶解很少，这样就能得到混合氯化稀土，并与放射性元素铀、钍分离。 主要反应：

REPO4 + 3NaOH = RE(OH)3 + Na3PO4 RE(OH)3 + 3HCl = RECl3 + 3H2O

Th3(PO4)4 + 12NaOH = 3Th(OH)4 + 4Na3PO4 2U3O8 + O2 + 6NaOH = 3Na2U2O7 + 3H2O

12．为什么用电解法制备稀土金属时，不能在水溶液中进行？

答：因为稀土元素还原性强，能与水进行反应，置换出水中的氢，因此在水溶液中进行电解反应，不能得到它们的单质。

13．稀土金属主要以（Ⅲ）氧化态的化合物形式存在，经富集后，通常可以通过熔融电

解法制备纯金属或混合金属，一般采用什么化合物作为电解质？

答：一般以KCl作为电解质，加入一定量的KCl是为了降低混合稀土的熔点，使电解在较低的温度下进行。

14．镧系元素和锕系元素同处一个副族（ⅢB），为什么锕系元素的氧化态种类较镧系

多？

答：这是由锕系元素电子壳层的结构决定的，锕系的前半部元素中的5f电子与核的作用比镧系元素的4f电子弱，因而不仅可以把6d和7s轨道上的电子作为价电子给出，而且也可以把5f轨道上的电子作为价电子参与成键形成高价稳定态。而镧系元素由于其原子核对4f轨道的作用很强，4f轨道上的电子不能作为价电子参与成键，呈现出的氧化态种类较少。

15．钍的卤化物有什么特点？

解：钍的卤化物都是高熔点的白色晶体，都容易水解。

第二十三章

1. 核聚变为什么只能在非常高的温度下才能发生？

答：轻原子核相遇时聚合为较重的原子核，并放出巨大能量的过程称为核聚变，由于核都带

正电子，相互之间受到静电力的排斥，因此在一般条件下，发生聚变的几率很小，要使轻原子核相遇必有足够高的温度，才能使之自动持续进行。

2. 为什么α粒子需要加速才能引起核反应，而中子不需要加速就能引起核反应呢？ 答：因为天然放射性物质的ａ射线能量不高。用它来轰击原子序数较大的核，并不能

发生核反应。因此必须使ａ粒子加速，使ａ粒子具有足够大的动能克服它们彼此间的斥力，相互碰撞，发生核反应，因为中子不带电，与核无排斥作用，因此它们不需加速，就会引起核 反应。

3. 解释为什么锂和氢核间聚变温度比H2和H2核间聚变温度高？

答：锂的核电荷比氢大，锂核与氢核之间的排斥 比氢核之间的排斥作用大，克服锂核

与氢核间的排斥所需的能量更大，所需的温度愈高。

4. 解释为什么在铀矿中不能发生爆炸性的链发生？

答：因为铀矿中U-235和U-238混在一起的，这样大部分中子将被U-238“吃掉”，而使中

子越来越少，这样就不能满足链式反应进行的条件（中子数目起码是维持不变或有微小的增加。

5. Td-232转变成Pb-208要放射出多少个α粒子和多少个β粒子? 答：6个ａ粒子和4个?粒子。

6. 确定在下面各种情况下产生的核？

(a)

7533As(α , n) ; (b)3Li(p , n) ; (c)15P(1H , p)

727312解： （a）31Ga (b) 2He (c)

43215P

7. 计算燃烧1mol的CH4所损失的质量？在这个过程中，体系放出890Kj的能量。 解： E = mc2 890×103 = m×(3×108)2

m = 9.89×10-12kg

8. 1molCo- 60经?衰变后，它失去或得到多少能量？（27Co→?1e +

606006028Ni,

6027Co核的质

量是59.9381u，28Ni核的质量是59.9344u；?1e的质量是0.000549u。 解：?E = ?mc2

=(59.9344 + 0.000549 – 59.9381) ×10-6×(3.0×108)2 =-2.8×108kJ

09. Co- 60的半衰期是5.3年，1mg的Co- 6015.9年后还剩下多少？

1xkt解：lg0? k = 2.303lg2

x2.303t12

=0.693/5.3 = 0.13/年

lgx00.13?15.9 得x = 0.125mg ?x2.303

10. 某一铀矿含4.64mg的U-238和1.22mg的铅-206，估算一下这个矿物的年代？U-238的

半衰期T1/2=4.51×109年。 解：lgx0kt k = 0.693/t1/2 = 0.693/(4.51×109) ?x2.303 = 1.54×10-10/年 x0 = 4.64 + 1.22×238/206 = 6.45mg

6.051.54?10?10?t? lg 4.642.303 得：t = 1.72×109年

11. 用氦核轰击Al-27核时，得到P-30和一个中子，写出这个核反应的平衡关系式。 解：

2713430Al?2He?15P?01n

12. 写出下列转变过程的核平衡方程式：

（a）Pu-241经?衰变； （b）Th-232衰变成Ra-228; (c)Y-84放出一个正电子； （d）Ti-44俘获一个电子； （e）Am-241经?衰变； （f）Th-234衰变成Pr-234; (g)Cl-34衰变成S-34。 解：（a） （b） （c） （d） （e） （f）

2419400Pu?24195Am??1e?0V 2284Th?88Ra?2He

232908439840Y?38Sr??1e?00V 044Ti??1e?21Sc?00V 4Am?23793Np?2He

44222419523491340Th?234Pu?494?1e

34

16

（g）17Cl→

0S+1n