三氯化铈是一种无色易潮解的块状结晶或粉末。当暴露在潮湿空气中时，它会迅速吸收水分并形成不定组成的水合物。它可以溶于水、乙醇和丙酮。
在空气中加热水合物会发生少量水解。通过在真空中加热七水合物数小时，逐渐升温至140°C，可以得到无水三氯化铈。根据Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis，晶体在70-100°C时已经脱去大量水分，可以在此温度下保持一段时间，然后再加热。在加热过程中，需要同时使用搅拌子搅拌晶体。最终产物为粉状固体，可以储存在干燥箱中，在使用前需要再次加热并抽真空除去水分。通过这种方法制备的无水三氯化铈可能还含有少量水解产物CeOCl，但已经可以与有机锂试剂和格氏试剂一起使用于有机合成。
三氯化铈的制备方法是将稀土硫酸铵复盐与氢氧化钠反应，将其转化为氢氧化稀土。然后使用稀盐酸浸出，使铈富集。经过溶解、萃取和结晶等步骤，最终制得三氯化铈。
Ce(OH)3+3HCl→CeCl3+3H2O
三氯化铈广泛应用于制取铈和其他铈盐的原料、石油催化剂以及有机合成中的路易斯酸等。它还可以作为制取三氟甲磺酸铈的原料，后者是有机合成中常用的路易斯酸，用于傅－克酰基化反应。此外，三氯化铈本身也是一种路易斯酸，可用于傅－克烷基化反应。
七水合三氯化铈与硼氢化钠共同使用时，可作为Luche还原反应中的试剂。该反应是有机合成中将α,β-不饱和酮还原的常用方法之一。例如，香芹酮在三氯化铈和硼氢化钠的作用下，可以控制只有羰基双键被还原，而不产生其他副产物。而在无三氯化铈的情况下，产物则为羰基双键和其他副产物的混合物。
另外，三氯化铈还可以促进酮的烷化反应，避免使用有机锂试剂时产生的烯醇负离子。
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