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1、第19章 金属通论 1金属可分为几类？它们分别包括哪些金属？ 2根据金属还原的热力学过程，即结合P637图 19-1解释： （1）AgNO3热分解时产物是Ag而不是Ag2O 。 （2）Mg可还原 Al2O3生成Al，能否发生Al还原 MgO生成Mg的反应？上述两个还原过程的温 度范围是多少？ （3）为什么用C作还原剂还原金属氧化物时， 产物是CO？ 3金属元素在自然界中有哪几种主要存在形 式？ 4金属的冶炼方法有几种？各适用于哪些金 属？金属的精炼方法有几种？原理是什么？ 5金属有哪些主要的物理和化学性质？ 第19章 金属通论 第19章 金属通论 6什么是超导体？超导材料目前存在的只要 问题是
2、什么？ 7什么是合金？合金有哪些主要类型？合金 在性质上有何主要优点？ 自学练习题 第19章 金属通论 1金属可分为几类？它们分别包括哪些金属 ？ 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） 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 按储量及分布等分：稀有金属 和普通金属 主要是铁碳合金(钢铁) (1)轻有色金属： 一般指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，如 ：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。 (2)重有色金属： 一般指密度在4.5g/cm3以上的有色金属， 其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、汞、
3、锡等。 (3)贵金属： 这类金属包括金、银和铂族元素，由于 它们稳定、含量少、开采和提取困难、价格 贵，因而得名贵金属。 (4)准金属： 半导体，一般指硅、硒、碲、砷、硼。 (5)稀有金属： 自然界中含量很少，分布稀散、发现较 晚，难以从原料中提取的或在工业上制备和应 用较晚的金属。如：锂、铷、铯、钨、锗、稀 土元素和人造超铀元素等。 金 属 还 原 的 热 力 学 过 程 1从图中可以看出： 凡rG为负值区域内的所有金属都能自动 被氧气氧化，凡在这个区域以上的金属则不 能。由图可知约在773K以上Hg就不被氧所 氧化，而HgO只需稍微加热，超过773K就 可以分解得到金属。 2稳定性差的氧化
4、物rG负值小，rG-T 直线位于图上方,例如HgO。稳定性高的氧化 物rG负值大,rG-T直线位于图下方如 MgO。在自由能图中，一种氧化物能被位于 其下面的那些金属所还原，因为这个反应的 rG 0， 反应：2CO+O2=2CO2 rS573K)， Ag2O的fG0 ，即Ag2O 不稳定，会自发分解为Ag。 第19章 金属通论 2根据金属还原的热力学过程，即结合P637 图19-1解释： （2）Mg可还原 Al2O3生成Al，能否发生Al还 原MgO生成Mg的反应？上述两个还原过程 的温度范围是多少？ Mg可还原 Al2O3生成Al的温度范围273 1673 Al还原MgO生成Mg的温度167
5、3 以上 第19章 金属通论 2根据金属还原的热 力学过程，即结合P637 图19-1解释： （3）为什么用C作还原 剂还原金属氧化物时 ，产物是CO？ 因为CO生成线向下倾 斜，即温度越高，越 易生成CO。 第19章 金属通论 3金属元素在自然界中有哪几种主要存在形 式？ v少数贵金属以单质或硫化物。（如Au、Ag 、Hg、铂系） v轻金属：氧化物和含氧酸盐。（如以CO32- 、PO43- 、 SO42-） v重金属：氧化物、硫化物、SiO32、CO32 4金属的冶炼方法有几种？各适用于哪些 金属？金属的精炼方法有几种？原理是什 么？ 金属冶炼方法：干法、湿法（或火法、湿法 、电法）。 第1
6、9章 金属通论 矿石的富集 冶 炼 精 炼 湿法冶金 湿法冶金：亦称“水法冶金”。在溶液，特别 是在酸、碱、盐类的水溶液中冶金作业的总称 。属于湿法冶金范畴的有：浸出、过滤、沉淀 、结晶、萃取、离子交换、水溶液电解等过程 。湿法冶金适于处理金属含量较低和组分比较 复杂的原料。其综合回收率高、劳动条件较好 、广泛用于有色和稀有金属，如锌、铀、稀土 金属等生产。在宋初，我国发明了胆水浸铜法 ，是湿法冶金技术的起源。 第19章 金属通论 工业上提炼金属一般有下列几种方法： 热分解法、热还原法、电解法。 用焦炭作还原剂、氢热还原法、金属热还原法 （金属置换法） 第19章 金属通论 热分解法： 有一些金
7、属仅用加热矿石的方法就可以得到。 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。 HgO和Ag2O加热发生下列分解反应： 2HgO=2Hg+O2 将辰砂(硫化汞)加热也可以得到汞： HgS+O2=Hg+SO2 热还原法： 碳还原剂: M2O3+3C=2M+3CO(g) (M=Sb、Bi) MO+C=M(g)+CO(g) (M=Mg、Zn、Cd) 氢还原剂：WO3+H2=W+3H2O （ fH小的CuO、Fe2O3、CoO等 ） 活泼金属还原剂： M2O3+Al=2M+3H2O （M=Fe、Cr） TiCl4+2Mg=3Ti+2MgCl2 RECl3 + 3Na = 3NaCl +
8、RE （RE=稀土） 电解法： 电解熔盐（活泼金属制备如Al、Mg、Ca、Na 、Li等） Al以后的制备用电解盐溶液法（如Zn等） 金属的提炼方法与它们在周期表中的位置大致关系 金属精炼方法： 第19章 金属通论 电解精炼法 阳极反应：Cu(粗铜) - 2e Cu2+ 阴极反应：Cu2+ + 2e Cu (精铜) 常用此法精炼的金属还有: Au、Pb、Zn、Al等 气相精炼法 直接蒸馏法（真空）：Mg、Hg、Zn、Sn等 气相析出法： 气相热分解法 气相还原法 用于精炼 Zr、Hf、Be、B、 Si、Ti、W等。 Ni + 4CO Ni(CO)4 Ni(纯) + 4CO (1.02.5)10
9、4 kPa 423493K513593K 99.998% 区域熔炼法 将要提纯的金属放在一 个装有移动式加热一圈的 套管内，强热熔化一个小 区域物质，形成熔融带， 后将线圈沿管路缓慢移动 ，熔融带随着前进，结果 不纯物汇集于末端的液相 内（混和物熔点低），而 纯物则在管首析出。此法 常用于半导体材料和高熔 点金属等的精炼。 第19章 金属通论 5金属有哪些主要的物理和化学性质 ？ 金属非金属 1常温时时，除了汞是液体外， 其它金属都是固体 常温时时，除了溴是液体外，有些 是气体，有些是固体 2一般密度比较较大一般密度比较较小 3有金属光泽泽大多没有金属光泽泽 4大多是热热及电电的良导导体,电电
10、 阻通常随着温度的增高而增大 大多不是热热和电电的良导导体，电电阻 通常随温度的增高而减小 5大多具有展性和延性大多不具有展性和延性 6固体金属大多属金属晶体固体大多属分子型晶体 7蒸气分子大多是单单原子的 蒸气（或气体）分子大多是双原 子或多原子的 全属与非金属的比较 金属光泽： 光线投射到金属表面上时，自由电子吸收所有 频率的光,然后很快放出各种频率的光(全反射)， 绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。 此外，金显黄色，铜显赤红色，铋为淡红色， 铯为淡黄色，铅是灰蓝色，这是因为它们较易吸 收某一些频率的光之故。 物理性质 金属光泽只有在其为晶体时才能表现出来 ，粉末状金属一般都呈暗灰色或
11、黑色(漫散射) 。 许多金属在光的照射下能放出电子(光电 效应)。另一些在加热到高温时能放出电子(热 电现象)。 导电性和导热性： 大多数金属有良好的导电性和导热性。 常见金属的导电和导热能力由大到小的顺 序排列如下： Ag，Cu，Au，Al，Zn，Pt，Sn，Fe，Pb， Hg 金属内聚力： 所谓内聚力就是物质内部质点间的相互作 用力，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。 金属键的强度（用升华热度量）主要决定 于(1)原子的大小，随原子半径增大升华热减 小；(2)价电子数增加，升华热随之增加。 延展性 ： 金属有延性，可以抽成细丝。例如最细的 白
12、金丝直径为1/5000mm。金属又有展性，可 以压成薄片，例如最薄的金箔，可达 1/10000mm厚。 金属的熔点： 金属的熔点一般较高，但高低差别较大。 最难熔的是钨，最易熔的是汞、铯和镓。汞在 常温下是液体，铯和镓在手上受热就能熔化。 金属玻璃(非晶态金属)：将某些金属熔融后,以 极快的速度淬冷。由于冷却速度极快,高温时 金属原子的无序状态被“冻结”，不能形成密堆 积结构，得到与玻璃类似结构的物质，故称为 金属玻璃。 金属玻璃同时具有高强度和高韧性、优良 的耐腐蚀性和良好的磁学性能，因此它有许多 重要的用途。 典型的金属玻璃有两大类：一类是过渡金 属与某些非金属形成的合金；另一类是过渡金
13、属间组成的合金。 金属玻璃是一种优异的磁性材料，具有高饱 和磁感应、低铁损等优点，同时还具有较高的 耐磨性和耐腐蚀的特点。如果用金属玻璃来制 造收录机的磁头，可以避免磁头尖部的脱落现 象，降低磁头与磁带摩擦发出的噪声，这将会 给人们带来优美、清晰的音质和理想的音响效 果。如果用金属玻璃来代替变压器中的硅钢片 ，可使变压器的空载损耗减小2/3。照此推算， 如果全国都采用全属玻璃铁芯，每年可节电100 亿千瓦时，合50亿人民币。 化学性质： 1. 与非金属反应： 位于金属活动顺序表前面的一些金属很与氧 化合形成氧化物，钠、钾的氧化很快，铷、铯 会发生自燃。 位于金属活动顺序表后面的一些金属，如铜
14、、汞等必须在加热情况下才能与氧化合，而银 、金即使在炽热的情况下也很难与氧等非金属 化合。 铝、铬形成致密的氧化膜，防止金属继续被 氧化，即钝化。 在空气中铁表面生成的氧化物结构疏松，因 此，铁在空气中易被腐蚀。 2. 与水、酸反应： 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。 钠、钾与水剧烈反应。钙与水的作用比 较缓和，镁只能与沸水起反应，铁则须在炽 热的状态下与水蒸气发生反应。如镁等与水 反应生成的氢氧化物不溶于水,覆盖在金属 表面,在常温时使反应难于继续进行。 一般0的金属一般不容易被酸中的氢离子 氧化，只能被氧化性
15、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。 3. 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。 4. 与配位剂反应: 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-+
