普通化學-金屬

1、 第一節(jié) 金屬元素概述一一 金屬的存在和提煉金屬的存在和提煉存在形式存在形式 單質(zhì)單質(zhì) AuAu、AgAg、PtPt、CuCu； 二元化合物二元化合物 氧化物、硫化物、氧化物、硫化物、 鹵化物鹵化物含氧酸鹽含氧酸鹽 碳酸鹽、硅酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、 硫酸鹽硫酸鹽1 12 2 提煉方法：提煉方法：實現(xiàn)還原反應(yīng)：實現(xiàn)還原反應(yīng)： M Mn n+ +MnMn* *干法干法還原劑為還原劑為: :C C、COCO；* *金屬熱還原法金屬熱還原法還原劑為還原劑為: :AlAl；* *精煉精煉如電解精煉如電解精煉、區(qū)域精煉區(qū)域精煉、 羰化法等。羰化法等。2 2* *電解法電解法在陰極還原，在陰極還原， 如如A

2、lAl、MgMg、K K、NaNa等；等；* *濕法濕法如如AuAu、AgAg；二二 金屬的分類金屬的分類按按化學活潑性化學活潑性分分： 活潑活潑 中等活潑中等活潑 不活潑不活潑 s s 區(qū)區(qū) d d區(qū)、區(qū)、p p區(qū)區(qū) d d區(qū)區(qū)3 3按按工程技術(shù)工程技術(shù)分分：黑色金屬黑色金屬：FeFe、MnMn、CrCr有色金屬有色金屬：又分重、輕、貴、稀、放射：又分重、輕、貴、稀、放射三三 金金 屬屬 的的 性性 質(zhì)質(zhì)1 1 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：光澤：光澤：金屬晶體大多呈銀白色，金屬晶體大多呈銀白色， AuAu黃色，黃色，BiBi淡紅，淡紅，CuCu紫紅色；紫紅色；4 4密度：密度：按按5 5g.cmg.

3、cm-3-3為標準為標準, ,分為分為輕輕金屬金屬 重重金屬；金屬；熔點：熔點：金屬熔點差別很大。金屬熔點差別很大。 如：如：HgHg、W W；磁性：磁性：分鐵磁材料分鐵磁材料( (FeFe、CoCo、Ni)Ni)； 順磁材料順磁材料( (MnMn、CrCr、MoMo、W W）；）； 逆磁材料逆磁材料( (CuCu、SnSn、PbPb、ZnZn）；）； 延、展性：延、展性：即機械加工性能良好；即機械加工性能良好；熱脹冷縮熱脹冷縮( (但但SbSb 、BiBi相反相反) )。5 5導電、導熱導電、導熱 ：金屬越純，導電、熱性金屬越純，導電、熱性 越好越好; ;2 2 化學性質(zhì)：化學性質(zhì)：金屬性是

4、指：金屬性是指： M-ze-ze- -MZ+Z+ 與氧（空氣）的作用：與氧（空氣）的作用：m mM+O+O2 2Mm mO On n一般情況一般情況： s s區(qū)區(qū)極易反應(yīng)；極易反應(yīng)； p p區(qū)區(qū)反應(yīng)程度較差；反應(yīng)程度較差； d d區(qū)區(qū)4 4周期，高溫下可反應(yīng)；周期，高溫下可反應(yīng)； 5 5、6 6周期，穩(wěn)定。周期，穩(wěn)定。6 6鈍化鈍化: :易被鈍化的金屬：易被鈍化的金屬：CrCr、FeFe、NiNi Zn Zn、AlAl、SiSi、SnSn等。等。埃靈罕姆埃靈罕姆( (rGmT）圖圖。即氧化反應(yīng)與溫度即氧化反應(yīng)與溫度的關(guān)系。的關(guān)系。作法作法：按吉：按吉- -亥方程亥方程計算出各計算出各T對應(yīng)的對

5、應(yīng)的r rGm值，繪圖值，繪圖. .7 7 r rGm值越負，值越負，反應(yīng)自發(fā)性越強，反應(yīng)自發(fā)性越強，氧化物越穩(wěn)定。所氧化物越穩(wěn)定。所以，處于下方的金以，處于下方的金屬屬( (更易與氧化合更易與氧化合, ,與氧結(jié)合力更強與氧結(jié)合力更強) )可把處于上方的金可把處于上方的金屬從其氧化物中置換出來。屬從其氧化物中置換出來。8 8討論：討論：2Al+Fe2Al+Fe2 2O O3 3AlAl2 2O O3 3+Fe+Fe2Al+Cr2Al+Cr2 2O O3 3AlAl2 2O O3 3+2Cr+2CrSiSi+2FeOSiO+2FeOSiO2 2+2Fe+2Fe9 9據(jù)此，冶金生產(chǎn)中應(yīng)據(jù)此，冶金生

6、產(chǎn)中應(yīng)用用CaCa、AlAl、MgMg、SiSi、MnMn等做脫氧劑。等做脫氧劑。如：如： M+nH+nH2 2OOM(OH)(OH)n n+H+H2 2 水中水中b b(H(H+ +)=10)=10-7-7molmolkgkg-1-1， 按能斯特方程式按能斯特方程式: : E(H(H+ +/H/H2 2)=-0.413V)=-0.413V 對于金屬對于金屬M,若若E( (Mn n+ +/ /M)-0.413V, )10)10-7-7molmol. .kgkg-1-1。所以，若金。所以，若金屬的屬的E( (Mn n+ +/ /M)-0.83V ) 二、三過渡系二、三過渡系 （BB特殊：特殊：）

7、。）。 都有可變氧化值都有可變氧化值( (間隔間隔1 1，3 3d d5 5后降低后降低) )22222 2 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)： 密度大，屬密度大，屬重金屬重金屬； 導電、導熱良好。導電、導熱良好。 易成配合物，作中心離子易成配合物，作中心離子 有電子未滿的有電子未滿的(n-1)d(n-1)d軌道；軌道； 鈦鈦 輕、強、高、穩(wěn)，無磁性，輕、強、高、穩(wěn)，無磁性， 去氣劑；去氣劑；2323 水合離子大多有色水合離子大多有色 （與未對（與未對d d電子有關(guān)）。電子有關(guān)）。4 4 幾種重要金屬及化合物幾種重要金屬及化合物 TiOTiO2 2 金紅石金紅石、鈦白粉鈦白粉可做可做 白色填料。白色填料。

8、硬度最大硬度最大(9),(9),熔點高；耐蝕；熔點高；耐蝕； CrCr2 2O O3 3 鉻綠，顏料、磨料；鉻綠，顏料、磨料； CrOCrO3 3 鉻酐，強氧化性，毒；鉻酐，強氧化性，毒； K K2 2CrCr2 2O O7 7 紅礬鉀，常用氧化劑。紅礬鉀，常用氧化劑。2CrO2CrO4 42-2-+2H+2H+ +HCrOHCrO4 4- -CrCr2 2O O7 72-2-+H+H2 2O O( (橙紅色橙紅色) )23232424 鉻鉻 不穩(wěn)定不穩(wěn)定, ,其分解反應(yīng)其分解反應(yīng): : 2 2KMnOKMnO4 4KK2 2MnOMnO4 4+MnO+MnO2 2+O+O2(g) 2(g)

9、4KMnO 4KMnO4 4+4H+4H+ +4MnO4MnO2(s)2(s)+2H+2H2 2O+3OO+3O2(g)2(g) 硬而脆；吸氣；硬而脆；吸氣； KMnOKMnO4 4 常用氧化劑。常用氧化劑。2626 錳錳KMnOKMnO4 4的還原產(chǎn)物與介質(zhì)有關(guān)：的還原產(chǎn)物與介質(zhì)有關(guān)：KMnOKMnO4 4+5Na+5Na2 2SOSO3 3+ +3H3H2 2SOSO4 4 2MnSO2MnSO4 4+5Na+5Na2 2SOSO4 4+K+K2 2SOSO4 4+3H+3H2 2O O ( (淺粉色或無色淺粉色或無色) )KMnOKMnO4 4+3Na+3Na2 2SOSO3 3+ +H

10、 H2 2O OMnOMnO2 2+3Na+3Na2 2SOSO4 4+2KOH+2KOH ( (棕色棕色) )2KMnO2KMnO4 4+Na+Na2 2SOSO3 3+ +2KOH2KOH2K2K2 2MnOMnO4 4+K+K2 2SOSO4 4+H+H2 2O O ( (綠色綠色) )2626三三 稀稀 土土 元元 素素Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu1 1 通性通性 電子層結(jié)構(gòu)電子層結(jié)構(gòu) B B：(n-1)d(n-1)d1 1 nsns2 2 LnLn：(n-2)f(n-2)f1-141-14(n-1)d(n-1)d0

11、-1 0-1 nsns2 22727包括：包括：BB和鑭系（和鑭系（LnLn）。）。 57 57La-La-7171Lu 15Lu 15個元素半徑縮小個元素半徑縮小1414pm;pm; 5555Cs-Cs-5656Ba 2Ba 2個元素半徑縮小個元素半徑縮小4545pm;pm; 2121Sc-Sc-2222Ti Ti 縮小縮小15pm15pm。 鑭系收縮的后果是：鑭系收縮的后果是：6 6周期的原子半徑周期的原子半徑與與5 5周期的十分相近；二、三過渡系元周期的十分相近；二、三過渡系元素性質(zhì)相似而有別于一過渡系。素性質(zhì)相似而有別于一過渡系。2828 原子和離子半徑原子和離子半徑鑭系收縮鑭系收縮：

12、 是指是指LnLn的原子和離子半徑比過渡元素的原子和離子半徑比過渡元素更緩慢縮小更緩慢縮小。如：。如： 水合水合LnLn3+3+離子的顏色離子的顏色，與未成對，與未成對4 4f f電子有關(guān)。電子有關(guān)。4 4f fx x與與4 4f f14-x14-x構(gòu)型的離子未成構(gòu)型的離子未成對電子數(shù)相同，因而水合離子顏色也相對電子數(shù)相同，因而水合離子顏色也相同。如同。如: :La(4fLa(4f0 0)-)-GaGa(4f(4f7 7) )-Lu(4f-Lu(4f1414) )2929 吸氣性吸氣性好，好，LaNiLaNi5 5是優(yōu)良貯氫材料；是優(yōu)良貯氫材料； RE(OH)RE(OH)3 3堿性堿性 如如M

13、(OH)(OH)2 2，溶解度更小；，溶解度更??； RERE的硝、硫、溴酸的硝、硫、溴酸鹽鹽、氯化物可溶；、氯化物可溶； 草、碳酸鹽、氟化物難溶。草、碳酸鹽、氟化物難溶。 活潑金屬活潑金屬，強，強還原還原劑，活潑性相當于劑，活潑性相當于MgMg；易氧化，氧化物無保護作用（存于；易氧化，氧化物無保護作用（存于煤油）；煤油）；燃點低燃點低（200200），燃燒時放），燃燒時放熱量大；熱量大；30302 2 化學性質(zhì)化學性質(zhì) 應(yīng)用混合稀土（應(yīng)用混合稀土（RERE）可大大改善合）可大大改善合 金性能：脫金性能：脫O O、S S、H H；氮化物細化，；氮化物細化， 石墨球化；改善延展性，提高抗氧化石墨球

14、化；改善延展性，提高抗氧化 能力、可鍛性等。能力、可鍛性等。31313 3 應(yīng)用應(yīng)用 冶金工業(yè)的冶金工業(yè)的“維生素維生素” 石油化工中主要用做催化劑石油化工中主要用做催化劑 CeOCeO2 2 用來脫色、拋光；用來脫色、拋光； PrPr2 2O O3 3、NdNd2 2O O3 3 用于著色（紅、綠）；用于著色（紅、綠）；3232 LaLa2 2O O3 3 高折射率、低散射的玻璃纖維；高折射率、低散射的玻璃纖維； 用于光學窺鏡；用于光學窺鏡；Y Y2 2O O3 3、DyDy2 2O O3 3 用于激光窗、紅外窗、用于激光窗、紅外窗、 高溫爐窗；高溫爐窗； 玻璃陶瓷工業(yè)中玻璃陶瓷工業(yè)中LaN

15、iLaNi5 5 是貯氫材料是貯氫材料; ;Y-BaY-Ba-Cu-O -Cu-O 是超導材料；是超導材料；3333 - -磁譜儀）磁譜儀）進入太空進入太空，進行反物質(zhì)的探測。，進行反物質(zhì)的探測。 其他其他 NdNd-Fe-B -Fe-B 合金稱合金稱“永磁王永磁王”，是我國，是我國研制成功的。研制成功的。9898年裝于年裝于AMS( AMS( 此外，稀土在核工業(yè)、環(huán)保方面皆此外，稀土在核工業(yè)、環(huán)保方面皆有應(yīng)用。有應(yīng)用。第三節(jié) 幾 種 合 金 材 料1 1 輕質(zhì)合金輕質(zhì)合金以輕金屬為主要成分的合以輕金屬為主要成分的合 金。金。鋁合金鋁合金：密度小，強度高。：密度小，強度高。 “ “硬鋁硬鋁”耐

16、蝕，可用于車，耐蝕，可用于車， 不用于船。不用于船。鈦合金鈦合金：密度不大，強度很高，抗蝕：密度不大，強度很高，抗蝕 性好，耐高、低溫（性好，耐高、低溫（-200-200- 500 500），用于飛機。），用于飛機。34342 2 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金以硬質(zhì)化合物為硬質(zhì)相，以硬質(zhì)化合物為硬質(zhì)相， 以合金為黏結(jié)相的復合材料（以合金為黏結(jié)相的復合材料（TiNTiN、 AlNAlN、TiCTiC、WCWC、SiCSiC）具有高硬度、）具有高硬度、 耐磨、強度、韌性。耐磨、強度、韌性。 具有具有“記憶記憶”自己形狀特性自己形狀特性 的合金。如的合金。如Ti-NiTi-Ni（各（各50%50%）合金，在）合

17、金，在 溫度溫度T發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變：發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變：菱形晶格菱形晶格立方晶格立方晶格晶格的變化，改變了合金形狀。晶格的變化，改變了合金形狀。35353 3 記憶合金記憶合金4 4 貯氫合金貯氫合金兩種特定金屬的合金兩種特定金屬的合金: : 一種可大量吸收一種可大量吸收H H2 2的金屬（如的金屬（如RERE），）， 一種不吸收氫的金屬制成的合金。一種不吸收氫的金屬制成的合金。3636 使氫可在其中使氫可在其中“移動移動”。是理想的氫。是理想的氫能源材料。能源材料。 按右圖，碳的還原性強弱隨溫度按右圖，碳的還原性強弱隨溫度的升高而的升高而。在。在10001000K K時，時，C C、MgMg、AlAl

18、的還原能力由強的還原能力由強到弱的順序是到弱的順序是；在；在20002000K K時，時，MgMg還原還原AlAl2 2O O3 3。解：解：增強；增強； MgMg、AlAl、C C；不能。；不能。3737例題：例題：K K+ +、CaCa2+2+等都無色，而等都無色，而FeFe、MnMn、TiTi 的離子卻都有色。的離子卻都有色。3838例題：例題：簡單說明：簡單說明：MgMg和和TiTi原子的最外層都是原子的最外層都是2 2個電個電 子為什么子為什么TiTi的氧化數(shù)有的氧化數(shù)有+2+2、+3+3、 +4+4而而MgMg卻只有卻只有+2+2；CrCr的密度、硬度、熔點都比的密度、硬度、熔點都比MgMg高；高；FeFe、MnMn、TiTi原子的外層電子構(gòu)型中原子的外層電子構(gòu)型中 都有