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1、学习目的学习目的: : 1.初步了解金属的一般物理化学性质； 2.了解金属冶炼的方法和现状，掌握艾林汉姆（ Ellingham ）图的意义及使用方法； 3.了解合金的基本知识。学习重点学习重点: : Ellinghan图的原理、分析和应用 学习难点学习难点: : Ellinghan图的原理、分析和应用 第19章 金属通论金属通论无机化学19-1 概概 述述一、元素分类：一、元素分类： 1.1.按按含含量量多多少少, ,集集中中存存在在分分散散, ,发发现现迟迟早早, ,提提取取难难易易, ,应应用用情情况况分分为为普普通通元元素素和和稀有元素；稀有元素；按金属性按金属性分为分为金属和非金属。本
2、章只讨论金属元素。金属和非金属。本章只讨论金属元素。金属通论一、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. 金属通论无机化学三、金属的分类三、金属的分类 自然界存在自然界存在7070（6868）种（三种准金属）实为）种（三种准金属）实为6767种种 人工合成人工合成2929种（种（Ge Sb PoGe Sb Po三种准金属）三种准金属） 9696种种分类分类 黑色金属：黑色金属：FeFe、MnMn、CrCr及其合金及其合金 有色金属有色金属：除：除FeFe、MnMn、CrCr及其合金以外的所有金属及其合金以外的所有金
3、属 有色有色金属金属按密度分：轻有色金属、重有色金属；按密度分：轻有色金属、重有色金属； 按价格分：贵金属、贱金属；按价格分：贵金属、贱金属； 按金属性分：准金属和普通金属；按金属性分：准金属和普通金属； 按按储储量量及及分分布布分分：稀稀有有金金属属（轻轻稀稀有有金金属属、高高熔熔点点稀稀有有金金属属、分分散散性性稀稀有有金金属属稀稀土土金金属属、放放射射性性稀稀有有金属等）和普通金属。金属等）和普通金属。 金属通论无机化学1、轻有色金属：一般密度在、轻有色金属：一般密度在4.5gcm-3以下的有色金属，以下的有色金属， 密度密度0.534.5g/cm-3Mg、Na、K、Ca、Sr、Ba 化
4、性活泼与化性活泼与O、S、C和卤素易反应。和卤素易反应。其他分类方法其他分类方法 低熔点金属：碱金属低熔点金属：碱金属 p区金属区金属 高熔金属高熔金属W、Wo、Ta 2、重有色金属：密度在、重有色金属：密度在4.5gcm-3以上以上 Cu、Ni、Pb、Zn、Co、Sn、Hg 3、贵金属：、贵金属：Au、Ag、Ra、Rh、Pd、Os、Ir、Pt 密度大贵重密度大贵重4、准金属：、准金属：Si、Se、Te、As、B5、稀有金属：、稀有金属：Li、Rb、Cs、Be、W、Mo 6、稀土金属、稀土金属 金属通论四、含量表示： 将化学元素在地球化学系统中的平均含量称为丰度，为纪念美国克拉克在计算地壳内元
5、素平均含量所作的贡献，通常把多元素在地壳中含量的百分比称为克拉克值。如以质量百分比表示，就称为“质量克拉克值”或简称“克拉克”值。如以原子百分数表示，则称为“原子克拉克值”。金属通论五、存在形式 1.不活泼的Au、Ag、Pt等以游离态形式存在； 2.游离态及化合态：较活泼金属：如铁，有单质、氧化物 3.活泼的以化合态：（1）卤化物:A.A，海水里较多（2）难溶盐矿石:A的CO32-、PO43-、SO42-、硅铝酸盐 （3）氧化物及硫化物：过渡金属 海水中含大量金属（80多种元素、60多种金属） U10亿吨Au 500万； 金属通论氧化物形态：磁铁矿（Fe3O4） 软锰矿（MnO2） 赤铜矿（C
6、u2O） 矾土矿（Al2O3XH2O）硫化物形态：闪锌矿（ZnS） 方铅矿（PbS） 辉铜矿（CuS2） 闪银矿（Ag2S）卤化物形态：NaCl,CaF2,光卤石（MgCl2KCl6H2O）含氧酸盐 菱镁矿MgCO3 方解石CaCO3 硫酸盐 重晶石BaSO4 石膏CaSO42H2O 硝酸盐 钠硝石NaNO3 磷酸盐 磷灰石Ca5F(PO4)3 硅酸盐 绿柱石（3BeOAl2O36SiO2）矿石俗名金属通论工业上能用来提炼金属的矿物称为矿石。绝大多数矿石都多少含有杂质。主要是石英、石灰石和长石等，这些物质也称为脉石。所以从矿石中提炼金属一般经过三大步骤： (1)矿石的富集（采矿、选矿采矿、选矿
7、），(2)冶炼，(3)精炼一. 矿石的富集就是预先处理矿石，把其中所含大量脉石移去，以提高矿石中有用成分的含量。 选矿的方法：根据矿石的颜色、光泽、形状等不同的特征可进行简单的手选，利用矿石中有用成分与脉石的密度、磁性、粘度、熔点等性质的不同，可以采用不同的方法选矿，常用的选矿法有水选法、磁选法和浮选法等。 19-2 金属的提炼金属的提炼金属通论无机化学二、冶炼二、冶炼 根据金属化学活泼性不同，采取不同的冶炼方法 冶炼的方法有：湿，干法（火法）1 1、热分解法、热分解法氢后面的金属氢后面的金属 例例 2Ag 2Ag2 2O O Ag+OAg+O2 2 2HgO 2HgO2 将辰砂(硫化汞)加热
8、也可以得到汞： HgS+O2= Hg+SO2 金属通论2、热还原法根据金属活泼性，选择合适的还原剂 用焦碳作还原剂ZnO +CZnCO SnO2+2C=Sn+2CO2 MgO+C=Mg+CO 反应若需要高温，常在高炉和电炉中进行。所以这种冶炼金属的方法又称为火法冶金 氧化矿、碳酸盐(因为一般重金属的碳酸盐受热时都能分解为氧化物)、硫化矿都可用此法。2PbS+3O2=2PbO+2SO2 PbO+C=Pb+CO 优点：还原剂价廉易得。 缺点：易造成合金含碳量高金属通论用氢气作还原剂： 制取不含碳的金属和某些稀有金属 一般H2还原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。而具很
9、大生成热的氧化物，例如，氧化铝、氧化镁等，基本上不能被氢还原成金属。 用高纯氢和纯的金属氧化物为原料，可以制得很纯的金属。 例：WO33H2W3H2O有金属通论用比较活泼的金属作还原剂 例：Cr2O32A1 2CrA1203 TiC142Mg Ti2MgC12 注意选择标准： a.还原力强 b.容易处理 c.不与产品金属形成合金 d.可以得到高纯度金属e.其它产物易和生成金属分离 f.成本低 通常用的是Al、Ca、Mg、Na等Al最常用金属通论铝容易和许多金属生成合金。可采用调节反应物配比来尽量使铝完全反应而不残留在生成的金属中。钙、镁一般不和各种金属生成合金，因此可用作钛、锆、铪、钒、铌、钽
10、等氧化物的还原剂。有些金属氧化物很稳定，金属难被还原出来，可以用活泼金属还原金属卤化物来制备，如： TiCl4+4Na=Ti+4NaCl TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2 铝是最常用的还原剂即铝热法金属通论4、淘金法、淘金法例：例：Au、Ag以密度不同而分离以密度不同而分离5、湿法冶金、湿法冶金 对于稀土络合萃取使之富集，离子交换其他：例对于稀土络合萃取使之富集，离子交换其他：例U 3、电解法电解法较活泼的较活泼的Al前面的金属适宜用此法前面的金属适宜用此法 例例: NaC1 电解电解 Na1/2C12 K Ca Na Mg Al电解是最强的氧化还原手段电解是最强的氧化还原手段. 优点优
11、点：产品纯易进行；：产品纯易进行；缺点缺点：耗电量大，成本高。：耗电量大，成本高。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。 金属通论三、金属还原过程的热力学 从热力学的角度，应用自由能变G可以判断某一金属从其化合物中还原出来的难易，以及如何选择还原剂等问题。 金属氧化物越稳定，则还原成金属就越困难。各种不同金属氧化物还原的难易可定量地比较他们的生成自由能来确定。 氧化物的生成自由能越负，则氧化物越稳定，金属亦就越难被还原。金属通论 Ellingham(艾林罕姆)在1944年首先将氧化物的标准生成自由能对温度作图(以后又对硫化物、氯化物、氟化物等作类似的图形)，用以
12、帮助人们： 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,选择合适的还原剂以消耗1molO2生成氧化物的过程的自由能变作为标准来进行比较金属通论 由于GHTS H、S随T变化不大,假定H、S为定值，则G对个作图便可得到一条直线,P637图就为氧化物的自由能图,图中H是截距,S为斜率, 此图是1944年Ellingham第一次将此作出,亦称Ellingham图。也称自由能温度图。这种图在冶金学上具有特别重要的意义。金属通论 从图中可以看出: a、大多数几乎是平行的关系,所以斜率S相差不大. S0，斜率正值，G随温度升高而增大，大多数S 0，斜率负值，G随温度升
13、高而减小，CCOS 0， G与温度无关，CO2b、有些线有一拐点(相变点),说明在某一温度时,熵开始变化。（如如熔熔化化、气气化化、相相转转变变等等，必必将将引引起起熵熵的的改改变变，此此时时直直线线的的斜斜率率发生变化）发生变化）Ca、Mg的熔化的熔化金属通论思考：1.对大多数金属氧化物的生成来说，为何有正的斜率？答：如2MO2 =2MO，由于消耗氧气的反应是熵减少的反应，因而直线有正的斜率2.对2CO2 = 2CO，为何有负的斜率？答：因此反应是气体分子数增加，是熵增的反应，因而直线有负的斜率3.线上的拐点，说明什么？答：有些线有一拐点(相变点),说明在某一温度时,熵开始变化金属通论1、在
14、fG负值区内的所有金属都能自动被氧氧化，凡是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。 从图中可以得出如下结论：金属角度金属通论2、氧化物的稳定性和其rG值大小直接有关 稳定性差的氧化物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。 根据图上各种线的位置的高低就可判断出这些氧化物稳定性的相对大小.显然金属氧化物的线位置越低,氧化物越稳定。 氧化物角度金属通论3图中C+O2=CO2的rS 0, 反应2C+O2= 2CO的rS 0; 反应2CO+
15、O2=2CO2的rS 1673K时，C还原SiO2的还原反应可以发生。金属通论 如如若若一一个个还还原原反反应应能能够够发发生生，必必须须是是艾艾林林罕罕姆姆图图上上位位于于下下面面的的金金属属与与位位于于上上面面的的金金属属氧氧化化物物之之间间相相互互作作用用的的结结果果。反反之之，位位于于上上面面的的金金属属与与位位于于下下面面的的金金属氧化物之间的反应将不发生。属氧化物之间的反应将不发生。 这这表表明明位位于于下下面面的的金金属属还还原原性强性强。 根根据据这这个个原原则则,从从艾艾林林罕罕姆姆图图可可以以排排列列出出常常见见还还原原剂剂在在1073K的相对强弱次序：的相对强弱次序： C
16、aMgA1TiSiMnNa 同同理理, 常常见见氧氧化化剂剂在在1073K的强弱次序的强弱次序: HgOAg2OFe2O3Cu2ONiOFe3O4CoO金属通论无机化学 根据艾林罕姆图可以选择金属氧化物还原方法，亦即在本章开根据艾林罕姆图可以选择金属氧化物还原方法，亦即在本章开始时介绍的金属提取的一般方法的依据。始时介绍的金属提取的一般方法的依据。 氧化物热分解法氧化物热分解法 位位于于艾艾林林罕罕姆姆图图上上端端的的AgAg2O和和HgHgO线线，在在273K时时位位于于G0线线的的下下方方，即即在在273K时时，这这些些氧氧化化物物的的标标准准生生成成自自由由能能是是负负值值。但但温温度度
17、升升高高，如如升升到到673K以以上上，这这时时两两条条线线均均越越过过G 0的的 线线 ， 即即 在在 673K时时 ，G0。这这一一变变化化意意味味着着Ag2O、HgO在在温温度度升升高高时时会会自自动动分分解解。所所以以对对这这些些不不活活泼泼的的金金属属氧氧化化物物就就可可以以采采用用氧氧化化物物的的热热分分解解法法来来获得金属。获得金属。 金属通论无机化学 C还原法还原法 在在较较低低温温度度时时由由C生生成成CO的的标标准准生生成成自自由由能能不不是是太太负负，但但由由于于CCO线线是是负负斜斜率率(且且斜斜率率负负值值较较大大)线线，因因而而增增加加了了与与金金属属氧氧化化物物线
18、线相相交交的的可可能能性性，即即很很多多金金属属氧氧化化物物都都可可在在高高温温下下被被C还还原原，这这在在冶冶金金上上有有十十分分重重要要的的意意义义。以以C为为还还原原剂剂，在在低低于于1000K产产物物是是CO2，高于，高于1000K生成物则为生成物则为CO。 CO也也是是一一种种还还原原剂剂(COCO2)，由由艾艾林林罕罕姆姆图图可可见见，与与C相相比比，在在大大约约1000K以以下下CO还还原原能能力力比比C强强，大大于于1000K则则是是C的的还还原原能能力力比比CO强强。因因为为在在1000K以以上上，C的的线线已位于已位于CO线之下。线之下。 活泼金属还原法活泼金属还原法 位于
19、艾林罕姆图中下方的金属位于艾林罕姆图中下方的金属氧化物氧化物具有很低的标准生成具有很低的标准生成自由能，这些金属自由能，这些金属可从上方的氧化物中将金属还原出来可从上方的氧化物中将金属还原出来，常用，常用的金属还原剂有的金属还原剂有Mg、Al、Na、Ca等等金属通论 氢还原法氢还原法 在在艾艾林林罕罕姆姆图图中中H2H2O线线(左左图图中中的的红红线线)的的位位置置较较高高，由由H2生生成成H2O的的G不不太太负负，位位于于H2H2O线线上上方方的的MMO线线也也不不是是很很多多，由由于于G比比H2O低低的的氧氧化化物物显显然然用用H2不不能能将将其其还还原原，而而且且，H2H2O线线斜斜率率
20、为为正正，与与MMO的的线线相相交交的的可可能能性性也也不不大大。说说明明 H2并并不不是是一一个个好好的的还还原原剂剂。只只有有少少数数几几种种氧氧化化物物如如Cu2O、CoO、NiO等可被等可被H2还原还原。金属通论 电解还原法 在艾林罕姆图下方的金属氧化物有很低的标准生成自由能值，这些金属氧化物的还原必须通过电解的方法才能实现。如Na、Mg、Al、Ca等都是通过电解来制取的。金属通论无机化学四、金属的精炼四、金属的精炼 1、电解、电解 2、气相精炼法、气相精炼法 3、区域熔炼法、区域熔炼法 金属通论无机化学19-3 金属的物理和化学性质金属的物理和化学性质金属的物理性质金属的物理性质 金
21、属与非金属性质有明显的差别：金属与非金属性质有明显的差别：p641表表192 一一、金金属属光光泽泽：紧紧堆堆密密结结构构：自自由由电电子子吸吸收收可可见见光光再再全全反反射射形形成成。大大多多为为金金属属特特有有的的金金属属光光泽泽。个个别别特特殊殊：Au黄黄色色Cu：赤赤红红色色Bi：淡淡红红色色Cs淡淡黄黄色色Pb灰蓝色灰蓝色 晶体中外层晶体中外层d电子能吸收蓝紫色的短波长的光电子能吸收蓝紫色的短波长的光 光电效应：光照射放出电子光电效应：光照射放出电子 热电现象：加热高温放出电子热电现象：加热高温放出电子 影响因素：温度、密度、表面光洁程度影响因素：温度、密度、表面光洁程度 半导体金属
22、大多为灰色。半导体金属大多为灰色。金属通论无机化学二、导电性、导热性二、导电性、导热性 原因：金属导电主要是有自由电子原因：金属导电主要是有自由电子 类型：类型：一一般般认认为为：如如果果把把金金属属的的导导电电全全部部看看成成是是自自由由电电子子在在电电场场中中定向移动的结果，是不符合事实的。因为定向移动的结果，是不符合事实的。因为：如如果果自自由由电电子子完完全全参参与与导导电电，价价电电子子越越多多，导导电电率率应应该该越越高高。那那么么过过渡渡金金属属导导电电性性应应最最好好，但但实实际际为为Ag、Cu、Au、Al。过渡金属导电率较弱。过渡金属导电率较弱。电电子子在在电电场场作作用用下
23、下定定向向加加速速，如如果果没没有有什什么么力力量量阻阻止止这这种种加加速速趋趋势势，根根据据热热力力学学定定律律，金金属属电电阻阻应应为为零零。但但实实际际是是晶晶体体中中离离子子干干扰扰、碰碰撞撞。纯纯金金属属的的导导电电性性较较好好，温温度度上上升升离离子子振振动动加加快快，排排到到有有序序度度减减小小。金金属属的的导导电电性性受受参参加加导导电电的的电子数和产生电阻的两个因素影响。电子数和产生电阻的两个因素影响。 金属通论 在相同温度下，在相同温度下，K K、NaNa等低熔点的金属晶格能小，离子振等低熔点的金属晶格能小，离子振动程度强，而过渡金属的熔点高晶格能大、离子振动程度弱，动程度
24、强，而过渡金属的熔点高晶格能大、离子振动程度弱，但是其价电子容易移入空的但是其价电子容易移入空的d d能级中去，不再参与导电。能级中去，不再参与导电。总总的来说，两者导电程度差不多。的来说，两者导电程度差不多。 在在25时常见金属的导电率为：时常见金属的导电率为： 导热性同导电性导热性同导电性 超导性：临界温度超导性：临界温度p642p642AgAg CuCu Au Al MgAu Al MgNa Zn Ni K Co Fe Na Zn Ni K Co Fe 66.7 64.5 49 40 25 23 18.1 16 5.9 15 11.266.7 64.5 49 40 25 23 18.1
25、16 5.9 15 11.2 电导率电导率 cmcm-1-110104 4金属通论三、金属的延展性三、金属的延展性延性：延性：Pt Au Ag Al Cu Fe Ni Zn Sn Po 展性：展性：Au Ag Al Cu Sn Pt Pb Zn Fe Ni 金金属属晶晶体体的的滑滑移移层层一一般般是是最最密密排排列列层层,因因为为最最密密层层的的层层内内原原子子联联系系紧紧密密,容容易易形形成成一一个个整整体体运运动动.面面心心立立方方晶晶体体的的金金属属(Ag、Au、Cu、Al和和高高温温下下的的Fe),延延展展性性都都比比较较好好,这这是是因因为为与与立立方方体体4个个对对角角线线轴轴垂垂
26、直直的的面面都都是是密密排排面面,其其密密排排面面最最多多,六六方方密密堆堆积积(Zn、Mg、Be、Cd等等)、体体心心立立方方都都次次之之(Ca、Ti、Cr、W常温下常温下Fe）.Sb、Bi晶体内原子间有共价键晶体内原子间有共价键,没有延展性。没有延展性。 延性与展性不是一个概念，从延性与展性不是一个概念，从结构角度来分析，构角度来分析，延展性是延展性是固体内各结构微粒构成的层与相邻的层发生相对位移时，不固体内各结构微粒构成的层与相邻的层发生相对位移时，不破坏微粒间的价键，而保持微粒间的结合作用破坏微粒间的价键，而保持微粒间的结合作用。分子晶体、。分子晶体、离子晶体、原子晶体都不行，只有金属
27、晶体行。常具金属的离子晶体、原子晶体都不行，只有金属晶体行。常具金属的延展性顺序为：延展性顺序为： 金属通论无机化学四、金属的熔点与沸点四、金属的熔点与沸点 最难熔的是钨：最难熔的是钨：W3883KRe3450K Os3270K Mo2880K 最易熔的是汞：铯（最易熔的是汞：铯（301.4K）镓（）镓（302.9K） 在在金金属属晶晶体体中中，依依靠靠自自由由电电子子对对于于金金属属离离子子的的吸吸引引力力把把金金属属原原子子堆堆积积在在一一起起。金金属属熔熔化化时时各各金金属属原原子子间间的的金金属属键键没没有有被被破破坏坏，只只是是原原子子间间的的距距离离略略有有增增大大（指指典典型型金
28、金属属），原原子子可可以以远远距距离离相相对对移移动动而而已已，液液态态金金属属变变为为气气态态时时，金金属属键键完完全全被被破破坏坏，分分离离成成单单个个原原子子（碱碱金金属属中中有有少少量量M2分分子子），因因此此金金属属的的蒸蒸发发热热一一般般比比熔熔化化热热大大得得多多，往往往往相相差差几几十十倍倍，例例如如Na熔熔化化热热2.6 kJmol-1、蒸蒸发发热热98kJmol-1, 金金属属的的熔熔点点比比沸沸点点低低的的多多。目目前前还还没没有有解解释释mp、bp成成熟熟的的理理论论。但但可可以以肯肯定定金金属属晶体内自由电子数目增多晶体内自由电子数目增多, ,其熔点，沸点升高其熔点，
29、沸点升高. 金属通论无机化学 d区区元元素素有有较较多多可可用用于于成成键键的的价价电电子子（d电电子子）而而熔熔点点高高，而而S、P区区金金属属电电子子构构型型与与d区区元元素素不不同同，无无d电电子子，故故较较铬铬、铁铁等等熔熔点点低低。ds区区金金属属由由于于它它们们的的d10构构型型稳稳定定，参参加加成成键键的的电电子子数数较较少少，故故熔熔点点也也低低，尤尤其其Zn、Cd、Hg低低熔熔金金属属集集中中在在B、P区区。同同样样，d区区的的Mn、Tc、Re相相对对于于其其他他d区区的的元元素素的的熔熔点点较较低低，也也是是因因为为d5构构型型较较稳稳定定所所议议。同同族族S、P区区金金属
30、属元元素素自自上上主主下下熔熔点点升升高高故故高高熔熔点点金金属属W、Re等等集集中中第第三三过过渡渡系系。由由于于S、P区区金金属属元元素素，当当原原子子序序数数增增大大时时,价价层层轮轮道道增增加加较较集集中中在在核核心心附附近近,因因此此,S、P轨轨道道重重叠叠下下降降,尤尤其其6P金金属属中中,6S电电子子非非常常集集中中在在核核心心附附近近,故故对对金金属属键键无无贡贡献献,即金属原子间结合力下降即金属原子间结合力下降,故熔点下降。故熔点下降。 金属通论五、金属的密度五、金属的密度六、金属的硬度六、金属的硬度（莫氏硬度（莫氏硬度10个等级）个等级） 最硬的为最硬的为Cr（硬度为（硬度
31、为9）七、金属的内聚力七、金属的内聚力 定定义义：物物质质内内部部质质点点间间的的相相互互作作用用力力。对对于于金金属属，就就是是金金属属键的强度。用它的升华热衡量。键的强度。用它的升华热衡量。 升升华华热热（原原子子化化热热）是是指指单单位位物物质质的的量量的的金金属属由由结结晶晶态态转转变变为为自自由由原原子子所所需需的的能能量量。也也就就是是拆拆散散金金属属晶晶格格所所需需的的能能量量。显显然然金金属属键键越越强强内内聚聚力力越越大大，升升华华热热就就愈愈高高。P654溶溶解解：普普通溶解中不溶，可以溶解于汞中。通溶解中不溶，可以溶解于汞中。 最重的为：锇最重的为：锇Os(22.7)Ir
32、（22.6） Pt（19.32） W（19.10） Au（18.88） 最轻的为最轻的为Li （0.534） 金属通论无机化学金属的化学性质金属的化学性质 金金属属最最主主要要的的共共同同性性质质都都易易失失去去最最外外层层的的电电子子变变成成金金属属离离子，因而表现出较强的还原性。子，因而表现出较强的还原性。MneMn+(n=1、2、3) 各各种种金金属属原原子子失失去去电电子子的的难难易易程程度度很很不不相相同同，还还原原能力亦不同。能力亦不同。 气态时用电离能衡量气态时用电离能衡量 水溶液中，用标准电极电势衡量水溶液中，用标准电极电势衡量P643表表193 原因：从结构上找：原因：从结构
33、上找： 半径半径r大，核对外层吸力弱；大，核对外层吸力弱； 构型构型 有效核电荷有效核电荷 （离子势）（离子势） 外层电子数较少过渡金属易失去外层电子数较少过渡金属易失去d电子电子金属通论无机化学一、金属与非金属的反应一、金属与非金属的反应 O2（空气）（空气）分为三种情况：分为三种情况： 在空气中迅速反应，顺序表中在空气中迅速反应，顺序表中Li以前以前K、Ca、Na、Li 加热反应：加热反应：Mg、Al、Mn、Zn、Cr、Cd、Fe、Ni、Cu、 不反应不反应Ag、Pt、Au 钝化现象钝化现象Cu、Pb、Su、Cr、Al形成保护膜形成保护膜Zn、Mg、C 金属通论无机化学二、金属与二、金属与
34、H2O的反应，酸的作用的反应，酸的作用 金金属属与与H2O酸酸反反应应情情况况，一一是是与与反反应应物物本本性性有有关关，即即与与金金属属的的活活泼泼性性和和酸酸的的性性质质有有关关；二二是是与与生生成成物物的的性性质质有有关关；三是与反应物温度，酸的浓度有关。三是与反应物温度，酸的浓度有关。课堂提出：课堂提出：p640标准态标准态H1/H2=0 -0.41V从那儿从那儿金属通论无机化学三、金属与碱的反应三、金属与碱的反应 Al Be Ga In Sn 两性金属可反应放出两性金属可反应放出H2 Zn+NaOH+2H2O = NaZnO2+H2 四、金属与配位剂的作用四、金属与配位剂的作用 湿法
35、冶金金属有机化合物湿法冶金金属有机化合物五、金属间的置换反应五、金属间的置换反应活泼的置换不活泼的活泼的置换不活泼的 一一般般反反应应中中，金金属属原原于于都都是是失失去去电电子子，显显示示还还原原性性，但但也也有有例例外外，CsAu中中Au-是是获获得得电电子子除除卤卤素素以以外外金金的的电电子子亲亲和势与其他元素都要高和势与其他元素都要高也可显负价，显示氧化性。也可显负价，显示氧化性。 金属通论无机化学4合合 金金定义：定义： 两两种种或或两两种种以以上上金金属属元元素素（或或其其中中一一种种是是非非金金属属元元素素）相互结合而成的、稳定的、具有金属性质的物质成为合金。相互结合而成的、稳定
36、的、具有金属性质的物质成为合金。 例：锂合金例：锂合金 铍合金（核时代金属、宇宙时代金属）铍合金（核时代金属、宇宙时代金属） 合金比纯金属更具有实际意义合金比纯金属更具有实际意义性能更优良性能更优良类型：类型： 1、低共熔混合物：、低共熔混合物： 熔点低熔点低P区金属两种金属非均匀混合物区金属两种金属非均匀混合物 例焊锡例焊锡63Sn 37%Pb熔点熔点456 金属通论无机化学 2、金属固熔体：、金属固熔体： 当当金金属属的的晶晶体体结结构构保保持持溶溶剂剂组组元元的的晶晶体体结结构构时时，这这种种合合金金称称为为一一次次固固溶溶体体或或端端际际固固溶溶体体，简简称称为为固固溶溶体体。是是组组
37、成成物物在在固固态态下下彼彼此此相相互互溶溶解解而而形形成成的的晶晶体体，可可看看作作为为固态溶。根据溶质原子在晶体中所处的位置。分为固态溶。根据溶质原子在晶体中所处的位置。分为: 金属通论无机化学 在在置置换换固固溶溶体体中中，溶溶质质原原子子位位于于溶溶剂剂晶晶体体结结构构的的晶晶格格格格点点上上；在在间间隙隙固固溶溶体体中中，溶溶质质原原子子位位于于溶溶剂剂晶晶体体结结构构的的晶晶格格间间隙隙。溶溶质质原原子子在在固固溶溶体体中中的的分分布布可可以以是是随随机机的的，即即呈呈统统计计分分布布；也也可可以以是是部部分分有有序序或或完完全全有有序序，在在完完全全有有序序固固溶溶体体中中，异异
38、类类原原子子趋趋于相邻，这种结构亦称为超点阵或超结构。于相邻，这种结构亦称为超点阵或超结构。 金属通论无机化学此外，合金中溶质原子还可能形成丛聚，即此外，合金中溶质原子还可能形成丛聚，即同类原子趋于相邻。丛聚可以呈随机弥散分布。事同类原子趋于相邻。丛聚可以呈随机弥散分布。事实上，实验中还没有见到溶质原子呈完全随机分布实上，实验中还没有见到溶质原子呈完全随机分布的固溶体。因此，只能在宏观尺度上认为处于热力的固溶体。因此，只能在宏观尺度上认为处于热力学平衡态的固溶体是真正均匀的，而原子尺度上并学平衡态的固溶体是真正均匀的，而原子尺度上并不要求它也是均匀的。不同类型固溶体中原子排列不要求它也是均匀的
39、。不同类型固溶体中原子排列情况示于情况示于图图0.1。金属通论无机化学图图0.1 不同类型固溶体中原子排列示意图不同类型固溶体中原子排列示意图 （a） 随机置换固溶体随机置换固溶体（b） 有序置换固溶体有序置换固溶体（c） 随机间隙固溶体随机间隙固溶体（d） 固溶体中的溶质丛聚固溶体中的溶质丛聚金属通论无机化学3、金属化合物（互化物）、金属化合物（互化物） 当两种金属元素的当两种金属元素的电负性、性、电子构型和原子半径差子构型和原子半径差别较大大时，则易形成金属化合物，分为：时，则易形成金属化合物，分为： 金金属属间间化化合合物物可可分分为为三三类类，即即由由负负电电性性决决定定的的原原子子价
40、价化化合合物物（简简称称价价化化合合物物）、由由电电子子浓浓度度决决定定的的电电子子化化合合物物（亦亦称称为为电电子子相相）以以及及由由原原子子尺尺寸寸决决定定的的尺尺寸寸因因素素化化合合物物。除除了了这这三三类类由由单单一一元元素素决决定定的的典典型型金金属属间间化化合合物物外外，还还有有许许多多金金属属间间化化合合物物，其其结结构构由由两两个或多个因素决定，称之为复杂化合物。个或多个因素决定，称之为复杂化合物。金属通论无机化学 金金属属材材料料是是传传统统的的、经经典典的的材材料料，所所以以既既要要总总结结其其类类型型、特特点点，也也要要介介绍绍一一些些新新型型材材料料，例例如如金金属属晶
41、晶须须、形形状状记记忆忆合合金、减振合金、功能材料超导材料金、减振合金、功能材料超导材料等。所以补充：等。所以补充： 一、形记金属：一、形记金属：（形状记忆合金）（形状记忆合金） 具具有有与与普普通通金金属属不不同同的的特特性性可可逆逆的的热热弹弹性性。我我们们知知道道，塑塑性性变变形形是是一一种种不不可可逆逆转转的的永永久久性性变变形形。而而形形记记金金属属却却能能在在发发生生塑塑性性变变形形后后，稍稍稍稍加加温温便便象象“记记住住”了了自自己己原原有有的的形形状状而而自自动动复复原原。这这种种现现象象为为“形形状状记记忆忆效效应应。”具具有有形形记记特特性性的的金金属属材材料料有有：NiT
42、i合合金金FePt、AuCd、Cu、Zn、Co合金等，其功能决定于晶体内部具有的特殊结构。合金等，其功能决定于晶体内部具有的特殊结构。 金属通论无机化学原原理理：当当形形记记金金属属在在一一定定温温度度范范围围内内，由由于于发发生生塑塑性性变变形形而而形形成成某某种种几几何何外外形形时时，其其晶晶体体内内部部的的原原子子排排列列便便形形成成同同其其外外形形相相适适应应的的可可逆逆转转变变结结构构（亦亦称称可可逆逆的的热热弹弹性性结结构构）。每每种种形形记记合合金金都都有有特特定定的的可可逆逆转转变变温温度度。在在此此转转变变温温度度以以上上将将其其轧制成欲记忆的材料，然后将其冷却到温度以下，改
43、变形状轧制成欲记忆的材料，然后将其冷却到温度以下，改变形状 到到使使用用时时，只只要要温温度度恢恢复复形形状状也也恢恢复复。应应用用航航天天技技术术中中的的大大型型天天线线，工工程程技技术术中中的的方方便便铆铆钉钉、热热能发动机。能发动机。金属通论无机化学二、金属晶须材料：二、金属晶须材料： 一一种种胡胡须须状状铁铁晶晶须须纤纤维维（头头发发丝丝150160）的的抗抗拉拉强强度度能能达达到到13400兆兆Pa，其其强强度度是是超超高高强强度度钢钢的的510倍倍，若若用用它它编编织织成成直直径径为为1mm的的线线材材，可可安安全全的的另另起起1.07吨吨的的货货物物。金金属属晶晶须须是是纤纤维维
44、是是一一种种直直径径为为几几几几十十微微米米，长长度度可可达达数数厘厘米米的的卓卓晶晶体体短短纤纤维维，它它之之所所以以具具有有极极高高的的强强度度（接接近近于于晶晶体体的的理理论论强强度度）取取决决于于晶晶体体内内部部原原子子的的排排列列方方式式（或称细胞结构）。是无任何缺陷的完美晶体。（或称细胞结构）。是无任何缺陷的完美晶体。 三、金属玻璃：三、金属玻璃： 将将某某些些金金属属熔熔融融，以以极极快快的的速速度度骤骤冷冷，如如冷冷却却速速度度大大于于10105 5K KS S，则则得得到到一一种种新新的的金金属属材材料料，无无序序状状态态被被冻冻结结类类似似于于“玻璃玻璃”。金属通论无机化学本章小结本章小结金属金属综述综述概述概述金属的金属的提炼提炼金属的金属的物理化物理化学性质学性质分类分类存在、丰度存在、丰度氧化物的自由能氧化物的自由能-温度图温度图提炼方法提炼方法金属的精炼金属的精炼物理性质物理性质化学性质化学性质超导材料超导材料合金合金低共熔混合物低共熔混合物 金属固熔体金属固熔体 金属化合物金属化合物金属通论
