《金属和金属盐的分类及用途 (2).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属和金属盐的分类及用途 (2).doc（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、金属和金属盐的分类及用途1.金属的分类人们根据金属的密度把金属分为重金属和轻金属。重金属的密度大于4.5 g/cm3，轻金属的密度小于4.5 g/cm3。冶金工业上还常常把金属分为黑色金属和有色金属。黑色金属有三种：铁、锰、铬。它们或它们的合金的表面常有灰黑色的氧化物，所以称这类金属为黑色金属。除铁、锰、铬以外的金属称为有色金属。有色金属又可以分为九大类： 重金属：铜、铅、锌等； 轻金属：铝、镁等； 轻稀有金属：锂、铍等； 难熔稀有金属：钨、钛、钒等； 稀散金属：镓、锗等； 稀土金属：钪、钇及镧系元素； 放射性金属：镭、锕等； 贵金属：金、银、铂等; 碱金属：钾、钠等。2.几种常见和重要的金属
2、（1）钠钠不能以游离态存在于自然界，因为它的化学性质很活泼，因此在自然界，钠存在于许多无机物中（如氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、硝酸钠、硼酸钠等）。在海水、矿泉水、盐湖水中有可溶性钠盐。地壳中含有2.63%化合形式的钠，其含量在元素中占第6位。23Na是惟一的天然同位素，还有6种人工放射性同位素：20Na、21Na、22Na、24Na、25Na、26Na。钠能与许多气体发生反应： 在空气中120 时着火，160 以下氧气不足时反应的主要产物是Na2O，250300 与足量氧气反应生成的是Na2O2和少量的NaO2。 与H2室温下不反应，200350 时反应生成NaH。 与N2在任何温度下不反应。有在
3、放电条件下反应生成氮化钠和叠氮化钠的报道。 与CO2在室温下反应很慢，但燃烧的钠与CO2反应迅速，在控制条件的情况下这种反应可生成甲酸钠、草酸钠。有在撞击条件下钠与CO2(s)反应发生爆炸生成碳化钠的报道。 与N2O反应生成Na2O。在氧化氮中燃烧生成硝酸钠和连二硝酸钠的混合物。钠能与H2O反应，也能与酸、盐溶液反应。钠能与熔融碱反应，如Na+KOH K+NaOH，2Na+NaOHNa2O+NaH。图 3-2 制钠电解槽示意图金属钠的用途：在过去，相当一部分钠用于制造汽油抗爆震剂四乙基铅添加了四乙基铅的汽油会污染空气，因此现在已不允许使用。，它能降低汽油的爆震性，减少在汽油发动机中使用汽油时发
4、出的噪音。四乙基铅通常是用氯乙烷与金属钠和铅（钠铅齐）的合金起反应而制成，化学方程式为4C2H5Cl+4Na+Pb=(C2H5)4Pb+4NaCl。金属钠能从钛、锆、铌、钽等金属的化合物中把它们置换出来，如TiCl4+4Na Ti+4NaCl。钠还用于制造过氧化钠等钠的化合物。在核工业上钠可用作传热介质。在电力工业上用于制钠灯，钠灯不降低照度水平但能减少能源消耗。金属钠的制法：工业上钠的制法很多，有碳还原碳酸钠法、NaCl加石灰用硅铁还原法、电解熔融NaOH法，目前世界上钠的工业生产多数用电解氯化钠的方法。反应通常在电解槽里进行。电解时，氯化钠需要熔融，氯化钠的熔点为801 ，在技术上有困难，
5、采取的方法是用质量分数为40%的氯化钠和60%的氯化钙混合形成低共熔物（熔点为580 ），降低了电解时所需的温度，从而也减低了钠的蒸气压。电解时，氯气在阳极放出，金属钠和钙同时在阴极被还原出来，浮在阴极熔盐的上方，从管道溢出。把熔融的金属混合物冷却到105110 ，金属钙成晶体析出，经过滤就可以把金属钠与金属钙分离。（2）镁1808年英国的H .戴维在电解氧化镁和氧化汞的混合物时，因得到镁汞齐而发现了镁，并以氧化镁产地希腊的Magnesia城来命名为Magnesium。镁在地壳中含量约为2.5%，以碳酸镁形态大量存在。海水中也含有约0.13%的Mg2+，它使海水具有苦味。镁在空气和水中由于在表
6、面形成一层碱式碳酸镁保护膜，而不致进一步被侵蚀。它能与热水反应产生氢气，在加热时镁还可把CO2还原成碳。加热时镁可用于分离许多金属和非金属，如可把硅或硼从它们的氧化物中还原出来。镁能与氮、硫、卤素等许多非金属化合。镁粉很容易燃烧并发出强烈的白光，在空气中燃烧同时生成氧化镁和氮化镁。镁在生物化学上非常重要，它是构成叶绿素的特征元素，在生物体内也具有代谢功能；它也存在于人体细胞中。镁主要用于制造轻金属合金、球墨铸铁、建筑金属以及用于汽车、飞机、科学仪器上的镁合金；也可作还原剂、脱硫剂、脱氢和格氏试剂；也能用于制造烟火、闪光粉、镁盐等。目前镁的主要来源是先从海水中获得氯化镁，而后电解熔融氯化镁来制取
7、。另外，在高温下用硅铁还原氧化镁也是常用的制取方法。（3）铝铝是自然界中分布最广的金属元素。地壳中铝的含量接近8%，仅次于氧和硅。铝通常以化合状态存在，已知的含铝矿物有250多种，其中最常见的是铝硅酸盐类，如长石、云母、高岭石、铝土矿、明矾石等。铝是银白色金属，其主要特性是密度小，相对密度只有钢铁的1/3。某些铝合金的机械强度甚至超过结构钢。各种铝合金（如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等）广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，导弹、宇宙飞船、人造卫星也大量使用铝及其合金。例如，一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成，每枚导弹的用铝量约占总质量的10%15%，一艘1.5万吨级的大型客船
8、用铝量约为2 000 t。铝是一种良好的导电材料。铝的导电能力虽然只有铜的60%70%，但密度只有铜的1/3。以传导等量电流而论，铝的导电截面积大约是铜的1.6倍，而铝的质量只有铜的一半。换言之，铝可节省用量，价格远低于铜，且铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀作用，而且有一定绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业有广泛的用途。铝是热的良导体。铝的热导率大约是铁的3倍，不锈钢的10倍。因此铝是制造机器活塞、热交换器、饭锅和电熨斗的理想材料。铝还具有良好的光和热的反射能力，所以铝可用来制反光镜，又可作绝缘材料。铝易于加工，可压成铝板或铝箔，或拉成铝线，挤压成各种异形的材料。在100150
9、时可制成薄于0.01 mm的铝箔，广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制成各种铝制品。铝的化学性质：铝在氧气中加热时能剧烈地燃烧，发出炫目的白光，并放出大量的热。铝与氧结合的能力很强，是亲氧元素，它能从许多金属氧化物中夺取氧，而且放出的大量热可使游离出来的金属熔化。应用此原理在冶金工业上用来制取铁、锰、铬、钒等金属，如Cr2O3+2Al=Al2O3+2Cr，这种方法叫铝热法。铝可与稀酸（盐酸或硫酸）、强碱溶液反应生成盐，同时放出氢气。把铝放入冷的浓硝酸或浓硫酸中会被钝化，因此，浓硝酸或浓硫酸可用铝的容器贮存。纯度为99.95%以上的大片铝，可以抵御大多数酸类的侵蚀。铝和氯在高温
10、下反应生成AlCl3，和硫在1 000 以上时反应生成Al2S3，和碳在800 以上时反应生成Al4C3。（4）铁铁是地壳中最丰富的元素之一，含量为4.75%，在金属中仅次于铝。铁分布很广，能稳定地与其他元素结合，常以氧化物的形式存在，有赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、褐铁矿（主要成分是Fe2O33H2O）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）、黄铁矿（主要成分是FeS2）、钛铁矿（主要成分是FeTiO3）等。土壤中也含铁1%6%。铁是活泼的过渡元素，是一种光亮的银白色金属，常温下呈体心立体晶格。常见的化合价为+2和+3价。纯铁相对较软，有良好的延展性和导热性，能导电
11、，能被磁化，又可去磁。纯铁化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。纯铁在空气中不起变化，含杂质的铁在潮湿空气里逐渐生锈，外表生成一层褐色的氢氧化铁。铁红热时能与水反应生成氢气。铁易溶于稀酸中，但在浓硫酸或浓硝酸中由于表面发生钝化而不能溶解，因此铁制容器可用来储存浓硫酸或浓硝酸。浓的碱溶液能侵蚀铁，生成高价铁酸盐。铁加热时能与卤素、硫、磷、硅等非金属反应，但与氮不直接反应。铁是生命过程所必需的元素，是红细胞（血红蛋白）的主要成分。铁的最大用途是炼钢，也大量用来制造铸铁。铁和它的化合物还用来做磁铁、染料（墨水、蓝晒图纸、胭脂颜料）和磨料（红铁粉）。还原铁粉大量用于冶金。我国在春秋时代晚期已炼出可供浇
12、铸用的液态生铁，隋唐时开始用煤炼铁，明代已能用焦炭炼铁。铁现在常用焦炭、铁矿石和石灰石为原料炼得。（5）铜铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一。固体铜呈紫红色光泽，面心立方晶系。铜稍硬，极坚韧，耐磨损，还有很好的延展性，容易锻造和压延成薄片，可轧成很细的金属丝。铜具有优良的导电和导热性，仅次于银，但含有杂质时则导电性大受影响。铜和它的一些合金还有较好的耐腐蚀能力。铜在干燥的空气里很稳定，但在潮湿的空气里表面可生成一层绿色的碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3，称做铜绿。高温时铜可被氧化。铜能溶于硝酸和热的浓硫酸，容易被碱侵蚀。在一定温度下，铜也能与卤素、硫等非金属反应生成卤化物或硫化物
13、。铜的主要化合价有+1和+2价，+2价铜的化合物比较普遍，也比较稳定。水溶液中+1价铜的化合物不稳定，歧化生成单质铜和+2价铜。铜的最大用途是广泛用于电器工业上，如制作电线、电缆和各种电器设备等，也用于制造各种合金，如黄铜（Cu-Zn合金）、青铜（Cu-Sn合金）等。铜及其合金在机械和仪器仪表等工业上用来制造各种零件。在国防工业上用来制造枪弹、炮弹等。在化学工业上用来制造热交换器、深度冷冻装置等。3.Na+、K+、Mg2+、Ca2+的生理作用钠、钾、钙、镁对生物的生长和正常发育是需要的。Na+、K+、Mg2+、Ca2+四种离子占人体中金属离子总量的99%。对高级动物来说，钠、钾比值在细胞内液中
14、和细胞外液中有较大不同。在人体血浆中，c(Na+)0.15 mol/L，c(K+)0.005 mol/L；在细胞内液中，c(Na+)0.005 mol/L，c(K+)0.16 mol/L。这种浓度差别决定了高级动物的各种电物理功能神经脉冲的传送、隔膜端电压和隔膜之间离子的迁移、渗透压的调节等。由于钠在高级动物细胞外液中的浓度高于钾的浓度，因此，对动物来说钠是较重要的碱金属元素，而对植物来说钾是较重要的碱金属元素。食盐是人类日常生活中不可缺少的无机盐，如果得不到足量的食盐，就会患缺钠症。其主要症状是恶心、肌肉痉挛、神经紊乱等，严重时会导致死亡。人可以从肉、奶等食物中获取一定量的钠，从果实、谷类、
15、蔬菜等食物中吸取适量的钾。神经细胞、心肌和其他重要器官功能都需要钾，肝脏、脾脏等内脏中钾比较富集。胚胎中的钠、钾比值与海水中十分接近，这一事实被一些科学家引为陆上动物起源于海生有机体的直接证明之一。植物对钾的需要同高级动物对钠的需要一样，钾是植物生长所必需的一种成分。植物体通过根系从土壤中选择性地吸收钾。钾同植物的光合作用和呼吸作用有关，缺少钾会引起叶片收缩、发黄或出现棕褐色斑点等症状。镁和钙对动植物的生存也起着重要作用。镁存在于叶绿素中。已经发现谷类光合作用的活性与Mg2+、Ca2+浓度有关。镁占人体重量的0.05%，人体内的镁以磷酸盐形式存在于骨骼和牙齿中，其余分布在软组织和体液中，Mg2+是细胞内液中除K+之外的重要离子。镁是体内多种酶的激活剂，对维持心肌正常生理功能有重要作用。若缺镁会导致冠状动脉病变，心肌坏死，出现抑郁、肌肉软弱无力和晕眩等症状。成年人每天镁的需要量为200300 mg。钙对于所有细胞生物体都是必需的。肌肉、神经、黏液和骨
