第十九章金属通论精品课件.ppt

第十九章第十九章金属通论金属通论一、金属在周期表中的位置109种元素中其中金属87种，非金属17种，准金属5种（B、Si、As、Se、Te其物理化学性质介于金属与非金属之间，均为半导体。）二、金属的分类：二、金属的分类：脆性重金属展性重金属低熔重金属轻金属轻金属：密度4.5g/cm3以下，大都是活泼金属。黑色金属贵金属稀土金属金属的分类金属的分类黑色金属：Fe、Mn、Cr及其合金。贵金属：IB，VIIIB族的第二三过渡系，均为不活泼金属，且地壳中含量少三、金属矿物的存在形式三、金属矿物的存在形式 原子半径大，电荷低的8电子构型金属离子大量以可溶性盐的形式存在于海水中；原子半径较小或电荷较高的离子大都以含氧酸盐，少数电荷很高的也可以氧化物存在。18电子构型的离子较易以硫化物形式存在，尤其是电荷低时。少数元素（d轨道电子接近全充满的第二三过渡系元素）以单质形式存在。越靠近周期表的左边，越易以含氧酸盐形式存在，越越靠近周期表的左边，越易以含氧酸盐形式存在，越靠近右边，越易以硫化物形式存在，处于中间的较易靠近右边，越易以硫化物形式存在，处于中间的较易以氧化物或含氧酸盐存在。以氧化物或含氧酸盐存在。地壳丰度前十位的金属：Al Fe Ca Na K Mg Ti Mn Ba Sr第二节第二节金属的提炼金属的提炼步骤：矿石富集冶炼精炼1、矿石的富集矿石的富集 提高矿石中有效成分的含量。常用方法：手选、水选法（溶解度）、磁选法（磁性）、浮选法（密度）2、冶炼冶炼活泼金属（A、A、A主要用熔盐电解法提练(镁、钠、钾、钙等）极不活泼金属(Au、Ag、Hg、铂系贵金属)采用热分解方法处理 2HgO=2Hg+O2 2Ag2O=4Ag+O2 HgS+O2=Hg+SO2 热还原法硫化物矿先焙烧成氧化物，再用还原剂还原。常用还原剂：C CO H2 活泼金属 TiCl4+4Na=Ti+4NaCl 2PbS+3O2=2PbO+2SO2 PbO+C=Pb+COs s区金属单质的制备方法区金属单质的制备方法加加CaCl2的作用的作用(助熔剂，助熔剂，flux)降低熔点，减少液降低熔点，减少液Na挥发挥发混合盐密度增大，液混合盐密度增大，液Na浮在熔盐表面，浮在熔盐表面，易于收集易于收集KCaRbSrCsBaLiBeNaMg金属热还原法金属热还原法熔盐电解法熔盐电解法 可利用可利用Ellingham图进行判断图进行判断电解含电解含5859%(CaCl2)的熔融的熔融NaCl:2Cl-Cl2+2e-2Na+2e-2Na2NaCl(l)2Na(l)+Cl2(g)(阴极阴极)(阳极阳极)金属还原过程的热力学艾林汉图艾林汉图说明：直线弯曲是因为相变，正斜率(向上)说明熵变为 负，负斜率(向下)说明熵变为正，平行线说明熵变为零。3、精炼精炼电解法精炼：如电解精炼铜 区域熔融法：将要提纯的物质放进一个装有移动式加热线圈的套管中，强热熔化一段小区域的物质，形成熔融带。将线圈沿管路缓慢移动，熔融带便随着它前进。由于混合物的熔点总比纯物质的低，因此杂质使慢慢汇集在熔融带，随线圈的移动杂质被赶到管子的未端除去。气相精炼法：是利用金属单质或化合物的沸点与所含杂质的沸点不同的特点，通过加热控制温度使之分离的精炼方法。如镁、汞、锌、锡直接蒸馏法，镍采用羰化法：Ni（含杂质）+4CO Ni(CO)4 Ni(CO)4Ni（纯）+4CO 气相析出法：镍采用羰化法，铊采用碘化物热分解法第三节第三节金属的晶体结构和物理性质金属的晶体结构和物理性质一一晶体结构晶体结构晶体类型：金属晶体化学键：金属键金属键强度：M(s)M(g)H升华热（破坏金属键）影响金属键强度的因素：原子半径：原子半径越大，强度越小；价电子数：价电子数越多，强度越大；过渡元素成单电子数：越多，强度越大。金属键强度越大H越大熔沸点越高、硬度越大（与晶格类型有关）二物理性质二物理性质1、金属光泽：一般是银白色，少数金属为其它色。Au(黄色)Cu(赤红)Bi(淡红)Cs(淡黄)Pb(灰兰)。原因：自由电子吸收所有频率的光，同时放出所有频率的光。2、导电导热性：金属的导电导热性均很好。但也有相当大的差异。顺序：Ag、Cu、Au、Al、Zn、Sn、Fe、Sb、Hg 原因：自由电子在外电场作用下定向运动，形成电流。（温度越高，导电性降低）自由电子相互碰撞交换能量。金属的超导性：某一临界温度电阻为零的特性 La(12.5K)3、延展性：延性：抽成细丝(Pt、Au)展性：压成薄片(Au、Ag)Sb、Bi、Mn脆性 原因：在力作用下层间相对活动，变形而不断裂。4、密度：可由原子量，原子半径，金属结构来共同决定。一般密度大的原子量大，原子半径小。Os(22.57)Li(0.55)。5、金属的硬度：由金属键决定。Cr硬度最大。金属 Cr W Fe Zn Mg K Na莫氏硬度 9 7 4 2.5 2.1 0.5 0.46、金属的熔沸点：由金属键决定呈周期性变化。B、B高，A、A、B、B低，其中 W熔点最高。金属 W Re Hg Cs Ge熔点 3410 3180 -38.9 28.4 29.87、金属玻璃：非晶态金属第四节第四节金属的化学性质金属的化学性质1、活泼性：氧化还原性金属活泼顺序表(标准电极电势)说明：考虑动力学因素：Li、Na、Ca与水反应考虑氧化膜覆盖：Al、Cr、Fe在空气及硝酸中钝化考虑沉淀及配合物的形成：Pb与盐酸、硫酸的反应2、形成配合物能力：过渡金属p区金属s区金属3、氢氧化物的酸碱性与氧化态和金属的电负性有关 2Cu+2H2O+4CN-=2Cu(CN)2-+2OH-+H2(g)4Au+2H2O+8CN-+O2=4Au(CN)2-+4OH-CsAu 是离子化合物（金的电子亲和势除卤素外最大）第五节第五节合金合金一、合金定义：具有金属特性的多种元素的混合物如：焊锡是锡、铅之低共熔合金；印刷铅字是锡、铅、锑合金；如：焊锡是锡、铅之低共熔合金；印刷铅字是锡、铅、锑合金；青铜为铜、锡合金；青铜为铜、锡合金；黄铜为铜、锌合金；生铁是铁和碳的合金，黄铜为铜、锌合金；生铁是铁和碳的合金，调节碳的比例就可精炼成钢。调节碳的比例就可精炼成钢。二、分类：1、低共熔混合物（低共熔合金）：当两种金属按一定组成比共熔时，其熔点总比任何一组分金属熔点要低。当组成为某一定值时，熔点最低，此熔点即为最低共熔温度。如铋的熔点为如铋的熔点为544K，镉的熔点为镉的熔点为594K，含含40镉和镉和60铋的混合物为低共熔混合物，其熔点为铋的混合物为低共熔混合物，其熔点为413K。2、金属固熔体（金属固态溶液）：是一种均匀的组织，固溶体中溶解（溶质）可以无限或有限地溶于基体（溶剂）的晶格中。3、金属化合物（金属互化物）：当两种金属元素电负性、电子构型和原子半径差别较大时，则易成金属化合物，又称金属互化物。