稀土元素有哪些，@中学生必须了解的知识

钇和钪，共17种元素总称为稀土元素，用RE表示。按照稀土元素的电子层结构及物理和

化学性质，把钆以前的7个元素：La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm和Eu称为轻稀土元素或

铈组稀土元素；钆和钆以后的7个元素：Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，再加上

Sc和Y共10个元素，称为重稀土元素或钇组稀土元素。

“稀土”的名称是18世纪遗留下来的。由于当时这类矿物相当稀少，提取它们又困

难，它们的氧化物又和组成土壤的金属氧化物Al2O3很相似，因此取名“稀土”。实际上

稀土元素既不“稀少”，也不像“土”。它们在地壳中的含量为0.01534，其中丰度最大的

是铈，在地壳中的含量占0.0046，其次是钇、钕、镧等。铈在地壳中的含量比锡还高，钇

比铅高，就是比较少见的铥，其总含量也比人们熟悉的银或汞多，所以稀土元素并不稀少。

这些元素全部是金属，人们有时也叫它们稀土金属。

我国稀土矿藏遍及18个省（区），是世界上储量最多的国家。内蒙包头的白云鄂博矿

是世界上最大的稀土矿。在我国，具有重要工业意义的稀土矿物有氟碳铈矿Ce(CO )F，3居石矿RE(PO)，它们是轻稀土的主要来源。磷钇矿YPO

和褐钇铌矿YNbO 是重稀土的

（2011?兖州市三模）I．A～J分别表示中学化学中常见的一种物质，它们之间相互关系如图1所示（部分反应物、生成物没有列出），且已知G为主族元素的固态氧化物，A、B、C、D、E、F六种物质中均含同一种元素．请填写下列空白：

（1）A、B、C、D、E、F六种物质中含有的同一种元素在周期表中位置

第四周期、第Ⅷ族

，

（2）写出反应④的离子方程式

2Al+2OH - +6H 2 O═2[Al（OH） 4 ] - +3H 2 ↑

．

（3）若向气体K的水溶液中加入盐酸，使其恰好完全反应，所得溶液的pH

＜

7（填“＞”、“＜”或“=”），用离子方程式表示其原因：

NH 4 + +H 2 O NH 3 ?H 2 O+H +

．

II．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe（OH） 3 沉淀．Fe（OH） 3 有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用．阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到了浮选净化的作用．某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图2所示．

（1）电解池阳极的电极反应分别是①

Fe-2e - =Fe 2+

； ②4OH - -4e - =2H 2 O+O 2 ↑．

（2）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH 4 为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极．已知负极的电极反应是：CH 4 +4

-8e - =5CO 2 +2H 2 O

①正极的电极反应是

O 2 +2CO 2 +4e - =2CO 3 2-

．

②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定．为此电池工作时必须有部分A物质参加循环．则A物质的化学式是

CO 2

．

（3）实验过程中，若在阴极产生了44.8L（标准状况）气体，则熔融盐燃料电池消耗CH 4 （标准状况）

11.2

L．

分析： G为主族元素的固态氧化物，在电解条件下生成I和H，能与NaOH溶液反应，说明G为Al 2 O 3 ，与NaOH反应生成NaAlO 2 ，而I也能与NaOH反应生成NaAlO 2 ，则I为Al，H为O 2 ，C和碱、D和气体K反应生成E、F，则说明E、F都为氢氧化物，E能转化为F，应为Fe（OH） 2 →Fe（OH） 3 的转化，所以E为Fe（OH） 2 ，F为Fe（OH） 3 ，则C为FeCl 2 ，D为FeCl 3 ，K为NH 3 ，B为Fe 3 O 4 ，与Al在高温条件下发生铝热反应生成A，即Fe，结合对应单质、化合物的性质解答该题．

解答： 解：I．G为主族元素的固态氧化物，在电解条件下生成I和H，能与NaOH溶液反应，说明G为Al 2 O 3 ，与NaOH反应生成NaAlO 2 ，而I也能与NaOH反应生成NaAlO 2 ，则I为Al，H为O 2 ，C和碱反应生成E、F，D和气体K反应也生成E、F，则说明E、F都为氢氧化物，E能转化为F，应为Fe（OH） 2 →Fe（OH） 3 的转化，所以E为Fe（OH） 2 ，F为Fe（OH） 3 ，则C为FeCl 2 ，D为FeCl 3 ，K为NH 3 ，B为Fe 3 O 4 ，与Al在高温条件下发生铝热反应生成A，即Fe，则各物质分别为：A、Fe；B、Fe 3 O 4 ；C、FeCl 2 ；D、FeCl 3 ；E、Fe（OH） 2 ；F、Fe（OH） 3 ；G、Al 2 O 3 ；H、O 2 ；I、Al；K、NH 3 ；

（1）A、B、C、D、E、F六种物质中的含有同一种元素铁元素，在周期表中位置，位于周期表第4周期、第Ⅷ族，

故答案为：第4周期、第Ⅷ族；

（2）反应④是金属铝和氢氧化钠溶液的反应，Al与NaOH溶液反应生成NaAlO 2 和H 2 ，

反应的离子方程式为2Al+2OH - +2H 2 O═2AlO 2 - +3H 2 ↑，故答案为：2Al+2OH - +2H 2 O═2AlO 2 - +3H 2 ↑；

（3）气体K的水溶液为一水合氨溶液，加入盐酸，使其恰好完全反应生成氯化铵和水，氯化铵在水溶液中水解显酸性，所以PH＜7；反应的离子方程式为：NH 4 + +H 2 O?NH 3 ?H 2 O+H + ；

故答案为：＜；NH 4 + +H 2 O?NH 3 ?H 2 O+H + ；

II．（1））活泼金属电极做电解池的阳极，通甲烷的一端是原电池的正极，连接的铁做电解池的阳极，所以铁电极本身放电；，电极反应为：Fe-2e - =Fe 2+ ；故答案为：Fe-2e - =Fe 2+ ；

（2）①燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为：O 2 +2CO 2 +4e - =2CO 3 2- （或2O 2 +4CO 2 +8e - =4CO 3 2- ），故答案为：O 2 +2CO 2 +4e - =2CO 3 2- （或2O 2 +4CO 2 +8e - =4CO 3 2- ）；

②电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳（CO 2 ），故答案为：CO 2 ；

（3）阴极的电极反应为：2H + +2e - =H 2 ↑，阴极产生了44.8L（标准状况）即2mol的氢气产生，所以转移电子的物质的量为4mol，根据电池的负极电极反应是CH 4 +4CO 3 2- -8e - =5CO 2 +2H 2 O，当转移0.1mol电子时，消耗CH 4 （标准状况）的体积V=nVm=0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故答案为：11.2．

点评： 本题考查无机物的推断，题目难度较大，本题注意本题推断的关键点：①G为主族元素的固态氧化物，在电解条件下生成I和H，能与NaOH溶液反应，说明G为Al 2 O 3 ，②C、D分别和碱、气体K反应生成E、F，则说明E、F都为氢氧化物，E能转化为F，应为Fe（OH） 2 →Fe（OH） 3 的转化．

@邓州教育工作者的一封公开信

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