《金属通论-杨莉》PPT课件.ppt

, 基本要求 1从金属结构的角度认识金属的共性。 2了解金属冶炼的方法及现状，掌握埃林汉姆图的意义及使用方法。 3了解合金的基本知识。,第19章 金属通论,19-1 概述 一 、金属元素特征： 1. 2.0； 2. 价层电子数少，在化学反应中易失电子。 二 、位置 s, d, ds, f及p区左下. 三、 分类：,金属,黑色金属（铁、锰、铬及其合金）,有色金属（除铁、锰、铬及其合金以外的所有金属),有色金属,按密度分：轻有色金属和重有色金属,按价格分：贵金属和贱金属,按性质分：准金属和普通金属,按储量分布：稀有金属和普通金属,四、含量及存在形式： 元素在地壳中的含量称为丰度。 存在形式： 1. 游离态 Au, Ag, Bi, Re (稀少） 2. 游离态及化合态：较活泼金属：如铁， 有单质、氧化物,3. 化合态：活泼金属 （1）卤化物:A.A （2）难溶盐矿石:A的CO32-.PO43-.SO42- 及 硅铝酸盐 （3）氧化物及硫化物：过渡金属,锡石SnO2,方铅矿 PbS,紫晶,黑曜石,19-2 金属的提炼,一、热分解法： 在金属活动顺序中，在氢后面的金属其氧化物受热就容易分解如HgO和Ag2O加热发生下列分解反应： 2HgO2Hg+O2 2Ag2O4Ag+O2 将辰砂(硫化汞)加热也可以提出汞： HgS+O2Hg+SO2,19-2-1 工业上冶炼金属的一般方法,二、热还原法： 焦碳、一氧化碳、氢和活泼金属等都是良好的还原剂。 1用碳作还原剂 因碳资源丰富，又价廉。锡、锌、铅和铁常用此法来制取。 SnO2+2CSn+2CO Cu2O+C2Cu+CO 2用氢气做还原剂： WO3+3H2=W+3H2O 反应是在特殊的密封管状装置中进行。,生成热大的氧化物，例如，氧化铝、氧化镁等，基本上不能被氢还原成金属。 3金属热还原法（金属置换法） 选择哪一种金属做还原剂，除rG来判断外还要注意下几方面情况； (1)还原力强；(2)容易处理；(3)不和产品金属生成合金；(4)可以得到高纯度的金属；(5)其它产物容易和生成金属分离；(6)成本尽可能低等。,生成热较小的氧化物。例如，氧化铜、氧化铁等，容易被氢还原成金属。,三、电解法 排在铝前面的几种活泼金属，不能用一般还原剂使它们从化合物中还原出来。这些金属用电解法制取最适宜，电解是最强的氧化还原手段。 电解法有水溶液电解和熔盐电解法两种。活泼的金属如铝、镁、钙、钠等用熔融化合物电解法制备。 一种金属采用什么提炼方法与它们的化学性质、矿石的类型和经济效果等有关。,19-2-2 金属还原过程的热力学 1、金属氧化物的稳定性与fG的关系 以氧化物为基础，fG越负，氧化物越稳定，T.P下，同一类型氧化物的fG越负，越难得到金属。,2、埃林汉姆图（氧化物自由能温度图）：,（1）Ellingham 图,2M（s）O2 （g） = 2MO（s）,GHTS,直线的斜率为S，它等于反应熵变的负值。,将元素与1 mol O2反应生成相应元素的氧化物，这一过程的自由能变化对温度所作的图 ，称为自由能温度图。,（2）图形的特点及形状 1）多数直线向上倾斜，且大致平行 2）有的出现折点 3）有的图线几乎平行于横坐标 C(s)O2(g) = CO2(g) 4）反应2C(s)O2(g) = 2CO(g)来说，气体分子数增加，是熵增的反应，故CCO线有负的斜率 5) 零线 G=0,(3) 图线的应用,金属氧化物的线位置越低,氧化物越稳定。,如若一个还原反应能够发生，必须是艾林罕姆图上位于下面的金属与位于上面的金属氧化物之间相互作用的结果。,这表明位于下面的金属还原性强。,根据这个原则,从艾林罕姆图可以排列出常见还原剂在1073K的相对强弱次序： CaMgA1TiSiMnNa 同理, 常见氧化剂在1073K的强弱次序: HgOAg2OFe2O3Cu2ONiOFe3O4CoO,例如C还原SiO2的温度范围。,在低温，如273K时， C不能还原SiO2,在T1673K时，C能还原SiO2,若两条直线相交,则 交点前后所实现的反应刚好相反.,判断哪种氧化物更稳定 比较还原剂的强弱 估计还原反应进行的温度条件 选择还原方法,19-2-3 金属的精炼 (自学) 一、电解精炼:常用此法精炼提纯的金属有Cu、Au、Pb、Zn、Al等。 二、气相精炼法 镁、汞、锌、锡等可用直接蒸馏法提纯。例如，粗锡中的锡和所含杂质具有不同的沸点，控制温度在锡的沸点以下，“杂质沸点”以上，可使杂质挥发除去。为了改善蒸馏条件，采用真空蒸馏是很适合的。 羰化法：是提纯金属的一种较新的方法。现以镍为例。羰化法提纯镍是基于镍能与一氧化碳生成易挥发并且也容易分解的一种化合物四羰基合镍。 Ni+4CONi(CO)4,碘化物热分解法：可用于提纯少量锆、铪、铍、硼、硅、钛和钨等。,三、区域熔炼,将要提纯的物质放进一个装有移动式加热线圈的套管内，强热熔化一个小区域的物质，形成熔融带。将线圈沿管路缓慢地移动，熔融带便随着它前进。,一般混合物的熔点较组成混合物的纯物质的熔点低，因此当线圈移动时，熔融带的末端即有纯物质晶体产生。不纯物则汇集在液相内，随线圈的移动而集中于管子末端，这样便能轻易地将不纯物自样品末端除去。此法常用于制备半导体材料镓、锗、硅和高熔点金属等。产品中杂质含量可低于10-10%。,四、气相水解法,一、金属单质的晶体结构 金属单质原子的堆积方式分为下列三种。 六方紧密堆积 立方紧密堆积 体心立方堆积,19-3 金属的物理性质和化学性质,19-3-1 金属的物理性质,二、金属的物理性质 P641-642 1金属光泽 2金属的导电性和导热性 3超导电性 4. 金属的延展性 5 金属的密度 6 金属的硬度 7 金属的熔点,三、金属的内聚力 所谓内聚力就是物质内部质点间的相互作用力。对各种金属来说，也就是金属键的强度，即核和自由电子间的引力。 金属的内聚力可以用它的升华热衡量。 1molM(s) M(g) LH LH越大,内聚力就大,表示金属键越强，其金属的熔点、沸点高,硬度大.,金属的内聚力也呈周期变化。,金属键的强度主要决定于,原子的大小,价电子数目,19-3-2 金属的化学性质 一、金属与非金属反应 金属与非金属反应的难易程度，大致和金属活动顺序相同 。 二、金属与水、酸的反应 金属与水、酸反应的情况，一是和反应物的本性有关，即和金属的活泼性与酸的性质有关；二是与生成物的性质有关；三是与反应温度、酸的浓度有关。,在常温下纯水的H+=10-7molL-1，其H+/H2=-0.41V。因此,-0.41V的金属都可能与水反应。,一般0的金属都可以与非氧化性酸反应放出氢气。有一些金属“钝化”。如铅与硫酸反应生成难溶物。,0的金属一般不容易被酸中的氢离子氧化，只能被氧化性的酸氧化，或在氧化剂的存在下，与非氧化性酸反应。如铜不和稀盐酸反应，而能与硝酸反应。,三、金属与碱反应,金属除了少数显两性以外，一般都不与碱起作用。锌、铝与强碱反应，生成氢和锌酸盐或铝酸盐，反应如下：,Zn+2NaOH+2H2O=Na2Zn(OH)4+H2,2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2,铍、镓、铟、锡等也能与强碱反应。,四、金属与配位剂的作用,由于配合物的形成，改变了金属的值，从而影响元素的性质。如铜不能从水中置换出氢气，但在适当配位剂存在时，反应就能够进行：,2Cu+2H2O+4CN-=2Cu(CN)2-+2OH-+H2,如有氧参加，这类反应更易进行。,4M+2H2O+8CN-+O2=4M(CN)2-+4OH-(M=Cu,Ag,Au),