普通化學(xué)-金屬

第五章金屬元素與金屬材料第一節(jié)金屬元素概述一金屬的存在和提煉1存在形式：①單質(zhì)—Au、Ag、Pt、Cu；②二元化合物—氧化物、硫化物、鹵化物…③含氧酸鹽—碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽…12提煉方法：實(shí)現(xiàn)還原反應(yīng)：

Mn+→Mn*干法—還原劑為:C、CO；*金屬熱還原法—還原劑為:Al；*精煉—如電解精煉、區(qū)域精煉、

羰化法等。2*電解法—在陰極還原，如Al、Mg、K、Na等；*濕法—如Au、Ag；二金屬的分類(lèi)按化學(xué)活潑性分：活潑中等活潑不活潑

s區(qū)d區(qū)、p區(qū)d區(qū)3按工程技術(shù)分：黑色金屬：Fe、Mn、Cr有色金屬：又分重、輕、貴、稀、放射三金屬的性質(zhì)1物理性質(zhì)：①光澤：金屬晶體大多呈銀白色，

Au—黃色，Bi—淡紅，Cu—紫紅色；4②密度：按5g.cm-3為標(biāo)準(zhǔn),分為輕金屬重金屬；③熔點(diǎn)：金屬熔點(diǎn)差別很大。如：Hg、W；⑤磁性：分鐵磁材料(Fe、Co、Ni)；

順磁材料(Mn、Cr、Mo、W）；

逆磁材料(Cu、Sn、Pb、Zn）；

⑥延、展性：即機(jī)械加工性能良好；⑦熱脹冷縮(但Sb、Bi相反)。5④導(dǎo)電、導(dǎo)熱：金屬越純，導(dǎo)電、熱性越好;2化學(xué)性質(zhì)：金屬性是指：M-ze-→MZ+⑴與氧（空氣）的作用：mM+O2→MmOn①一般情況：

s區(qū)—極易反應(yīng)；

p區(qū)—反應(yīng)程度較差；

d區(qū)—4周期，高溫下可反應(yīng)；5、6周期，穩(wěn)定。6②鈍化:易被鈍化的金屬：Cr、Fe、NiZn、Al、Si、Sn等。③埃靈罕姆(ΔrGmΘ—T）圖。即氧化反應(yīng)與溫度的關(guān)系。作法：按吉-亥方程計(jì)算出各T對(duì)應(yīng)的ΔrGmΘ值，繪圖.7

ΔrGmΘ值越負(fù)，反應(yīng)自發(fā)性越強(qiáng)，氧化物越穩(wěn)定。所以，處于下方的金屬(更易與氧化合,與氧結(jié)合力更強(qiáng))可把處于上方的金屬?gòu)钠溲趸镏兄脫Q出來(lái)。8討論：2Al+Fe2O3→Al2O3+Fe2Al+Cr2O3→Al2O3+2CrSi+2FeO→SiO2+2Fe9據(jù)此，冶金生產(chǎn)中應(yīng)用Ca、Al、Mg、Si、Mn等做脫氧劑。如：

M+nH2O→M(OH)n+H2

水中b(H+)=10-7mol·kg-1，

按能斯特方程式:E(H+/H2)=-0.413V對(duì)于金屬M(fèi),若E(Mn+/M)<-0.413V,金屬M(fèi)即可與水反應(yīng);若反應(yīng)產(chǎn)物M(OH)n難溶,可起保護(hù)作用.10高溫下，F(xiàn)e前金屬皆可反應(yīng)。⑵金屬與H2O的反應(yīng)3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2+2NO+4H2O11⑶金屬與酸的反應(yīng)①非氧化性酸，反應(yīng)是:M+nH+→Mn++H2

可用E（Mn+/M）判斷。但是，也有鈍化的問(wèn)題，如：PbSO4PbCl2等。②氧化性酸，與不活潑金屬發(fā)生非置換反應(yīng)，如：可用E（Mn+/M）判斷。但，Al、Cr在HNO3中，F(xiàn)e在H2SO4中鈍化。③含配位劑的酸，可溶解很不活潑的金屬。如王水可溶解Ag、Au、W、Mo等。

⑷金屬與堿的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是與水的反應(yīng)。堿中b(OH-)>10-7mol.kg-1。所以，若金屬的E(Mn+/M)<-0.83V便能反應(yīng)。12如R(OH)n可溶，金屬便可溶于堿(如Al、Zn);如R(OH)n不溶，金屬便不溶于堿(如Ag)。高溫下的置換反應(yīng)，可用埃靈罕姆圖判斷,如:13⑸金屬間置換反應(yīng)水溶液中的置換反應(yīng)，可用活動(dòng)序或電極電勢(shì)E

判斷,如:Zn+Cu2+→Cu2++ZnSi+2FeO→SiO2+2Fe第二節(jié)周期系中的金屬元素一主族金屬元素1s區(qū)金屬單質(zhì)

包括：ⅠA（堿金屬ns1）ⅡA（堿土金屬ns2）LiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa⑴物理性質(zhì)①密度小（半徑大，原子質(zhì)量小），屬輕金屬；14③熔、沸點(diǎn)低(半徑大，電子少，金屬鍵弱）；⑵化學(xué)性質(zhì)①電離能低；②還原性強(qiáng)。15②硬度?。虎軐?dǎo)電性好（但強(qiáng)度差，不做導(dǎo)電材料）。⑴氧化物,包括：正常氧化物過(guò)氧化物超氧化物

Na2ONa2O2KO2性質(zhì)：堿性，強(qiáng)氧化性，吸潮

Na2O2+H2O→H2O2+NaOH

2Na2O2+2CO2→2Na2CO3+O24KO2+2CO2→2K2CO3+3O2

(用于供氧)162s區(qū)金屬化合物皆白色固體，易吸水、潮解。

ROH

易溶，且放熱多；強(qiáng)堿性；（LiOH中強(qiáng)）

R(OH)2

難溶,Be→Ba依次增大；

堿性：Be(OH)2兩性；

Mg(OH)2中強(qiáng)；余皆強(qiáng)堿。17⑵氫氧化物3p區(qū)金屬單質(zhì),包括：ⅢA—ⅥA，

ns2np1-5⑴物理性質(zhì)①密度大（原子量大）,屬重金屬；②硬度不大；18③熔點(diǎn)低，是低熔金屬(PbSnBi)；

Al白色有光，導(dǎo)電性好而且輕，因氧化膜而穩(wěn)定。是輕金屬、電線(xiàn)、日用器皿的材料。Ge優(yōu)良半導(dǎo)體材料；Sn、Pb低熔合金材料；Sb、Bi有冷脹特性；Pb密度僅次于Hg。⑵化學(xué)性質(zhì)：①中等活潑金屬，有可變氧化數(shù)；②常溫下不與水反應(yīng)；192Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4]+3H2④Sn4+穩(wěn)定，Sn2+強(qiáng)還原劑；

Pb2+穩(wěn)定，Pb4+強(qiáng)氧化劑:

EΘ(Sn4+/Sn)=0.15V

EΘ(PbO2/Pb)=1.455V20③Sb、Bi可與HCl、H2SO4反應(yīng)；

Al、Sn、Pb可與堿反應(yīng)（兩性）:二過(guò)渡金屬元素包括d和ds區(qū)元素（不含La以外的鑭系和錒系）分成三個(gè)過(guò)渡系：

ScTiVCrMnFeCoNiCuZn

YZrNbMoTcRuRhPdAgCd

LaHfTaWReOsIrPtAuHg1結(jié)構(gòu)特征：

(n-1)d1-10ns1-2(Pd例外)21①熔、沸點(diǎn)高（“兩頭小，中間大”與未成對(duì)d電子有關(guān)）屬耐高溫金屬。3化學(xué)性質(zhì)

①活潑性：一過(guò)渡系>二、三過(guò)渡系↑（ⅢB特殊：↓）。

②都有可變氧化值(間隔1，3d5后降低)222物理性質(zhì)：②密度大，屬重金屬；③導(dǎo)電、導(dǎo)熱良好。③易成配合物，作中心離子有電子未滿(mǎn)的(n-1)d軌道；⑴鈦

①輕、強(qiáng)、高、穩(wěn)，無(wú)磁性，去氣劑；23④水合離子大多有色（與未對(duì)d電子有關(guān)）。4幾種重要金屬及化合物②

TiO2

金紅石、鈦白粉可做白色填料。①硬度最大(9),熔點(diǎn)高；耐蝕；

②

Cr2O3

鉻綠，顏料、磨料；

CrO3

鉻酐，強(qiáng)氧化性，毒；

K2Cr2O7

紅礬鉀，常用氧化劑。2CrO42-+2H+HCrO4-Cr2O72-+H2O(橙紅色)2324⑵鉻不穩(wěn)定,其分解反應(yīng):

2KMnO4→K2MnO4+MnO2+O2(g)4KMnO4+4H+→4MnO2(s)+2H2O+3O2(g)①硬而脆；吸氣；

②

KMnO4

常用氧化劑。26⑶錳KMnO4的還原產(chǎn)物與介質(zhì)有關(guān)：KMnO4+5Na2SO3+3H2SO4

→2MnSO4+5Na2SO4+K2SO4+3H2O

(淺粉色或無(wú)色)KMnO4+3Na2SO3+H2O→MnO2+3Na2SO4+2KOH

(棕色)2KMnO4+Na2SO3+2KOH→2K2MnO4+K2SO4+H2O

(綠色)26三稀土元素ScYLa

CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu1通性

⑴電子層結(jié)構(gòu)

ⅢB：(n-1)d1ns2

Ln：(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns227包括：ⅢB和鑭系（Ln）。57La-71Lu15個(gè)元素半徑縮小14pm;

55Cs-56Ba2個(gè)元素半徑縮小45pm;

21Sc-22Ti″″縮小15pm。鑭系收縮的后果是：6周期的原子半徑與5周期的十分相近；二、三過(guò)渡系元素性質(zhì)相似而有別于一過(guò)渡系。28⑵原子和離子半徑—鑭系收縮：是指Ln的原子和離子半徑比過(guò)渡元素更緩慢縮小。如：⑶水合Ln3+離子的顏色，與未成對(duì)4f電子有關(guān)。4fx與4f14-x構(gòu)型的離子未成對(duì)電子數(shù)相同，因而水合離子顏色也相同。如:La(4f0)-Ga(4f7)-Lu(4f14)29

吸氣性好，LaNi5是優(yōu)良貯氫材料；

RE(OH)3堿性如M(OH)2，溶解度更?。?/p>

RE的硝、硫、溴酸鹽、氯化物可溶；草、碳酸鹽、氟化物難溶?；顫娊饘伲瑥?qiáng)還原劑，活潑性相當(dāng)于Mg；易氧化，氧化物無(wú)保護(hù)作用（存于煤油）；燃點(diǎn)低（200℃），燃燒時(shí)放熱量大；302化學(xué)性質(zhì)應(yīng)用混合稀土（RE）可大大改善合金性能：脫O、S、H；氮化物細(xì)化，石墨球化；改善延展性，提高抗氧化能力、可鍛性等。313應(yīng)用

⑴冶金工業(yè)的“維生素”⑵石油化工中主要用做催化劑

CeO2

用來(lái)脫色、拋光；

Pr2O3、Nd2O3

用于著色（紅、綠）；32

La2O3高折射率、低散射的玻璃纖維；用于光學(xué)窺鏡；Y2O3、Dy2O3

用于激光窗、紅外窗、高溫爐窗；⑶玻璃陶瓷工業(yè)中LaNi5是貯氫材料;Y-Ba-Cu-O是超導(dǎo)材料；33-磁譜儀）進(jìn)入太空，進(jìn)行反物質(zhì)的探測(cè)。⑷其他

Nd-Fe-B合金稱(chēng)“永磁王”，是我國(guó)研制成功的。98年裝于AMS(此外，稀土在核工業(yè)、環(huán)保方面皆有應(yīng)用。第三節(jié)幾種合金材料1輕質(zhì)合金—以輕金屬為主要成分的合金。鋁合金：密度小，強(qiáng)度高?！坝蹭X”耐蝕，可用于車(chē)，不用于船。鈦合金：密度不大，強(qiáng)度很高，抗蝕性好，耐高、低溫（-200-500℃），用于飛機(jī)。342硬質(zhì)合金—以硬質(zhì)化合物為硬質(zhì)相，以合金為黏結(jié)相的復(fù)合材料（TiN、

AlN、TiC、WC、SiC）具有高硬度、耐磨、強(qiáng)度、韌性?！哂小坝洃洝弊约盒螤钐匦?/p>