大学无机化学第四版金属通论

第三节 金属的晶体结构和物理性质
• • • • • • • • • 一． 晶体结构 晶体类型：金属晶体 化学键：金属键 金属键强度： M(s)→M(g) ΔH升华热（破坏金属 键） 影响金属键强度的因素： ①原子半径：原子半径越大，强度越小； ②价电子数：价电子数越多，强度越大； ③过渡元素成单电子数：越多，强度越大。 金属键强度越大→ΔH越大→熔沸点越高、硬度越 大（与晶格类型有关）
②极不活泼金属(Au、Ag、Hg、铂系贵金属)采用热分解 方法处理 2HgO = 2Hg + O2 2Ag2O = 4Ag + O2 HgS + O2 = Hg + SO2
• ③热还原法 • 硫化物矿先焙烧成氧化物，再用还原剂还原。 • 常用还原剂：C CO H2 活泼金属 • TiCl4 + 4Na === Ti + 4NaCl • 2PbS + 3O2 === 2PbO + 2SO2 • PbO + C === Pb + CO
60％铋的混合物为低共熔混合物，其熔点为413K。
• 2、金属固熔体（金属固态溶液）：是一种均匀的组织， 固溶体中溶解（溶质）可以无限或有限地溶于基体 （溶剂）的晶格中。 • 3、金属化合物（金属互化物）：当两种金属元素电负 性、电子构型和原子半径差别较大时，则易成金属化 合物，又称金属互化物。Hale Waihona Puke Baidu
第五节 合金
• 一、合金定义：具有金属特性的多种元素的混合物
• 如：焊锡是锡、铅之低共熔合金；印刷铅字是锡、铅、锑合金； 青铜为铜、锡合金； 黄铜为铜、锌合金；生铁是铁和碳的合金， 调节碳的比例就可精炼成钢。
• 二、分类： • 1、低共熔混合物（低共熔合金）：当两种金属按一定 组成比共熔时，其熔点总比任何一组分金属熔点要低。 当组成为某一定值时，熔点最低，此熔点即为最低共 熔温度。如铋的熔点为544K，镉的熔点为594K，含40％镉和
贵金属
稀土金属
黑色金属：Fe、 Mn、 Cr及其合金。 贵金属：IB，VIIIB族的第二三过渡系，均为不活泼金
三、金属矿物的存在形式
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原子半径大，电荷低的8电子构型金属离子大量以可 溶性盐的形式存在于海水中； 原子半径较小或电荷较高的离子大都以含氧酸盐，少 数电荷很高的也可以氧化物存在。 18电子构型的离子较易以硫化物形式存在，尤其是电 荷低时。 少数元素（d轨道电子接近全充满的第二三过渡系元 素）以单质形式存在。 越靠近周期表的左边，越易以含氧酸盐形式存在，越 靠近右边，越易以硫化物形式存在，处于中间的较易 以氧化物或含氧酸盐存在。
• 电解法精炼：如电解精炼铜 • 区域熔融法：将要提纯的物质放进一个装有移动式 加热线圈的套管中，强热熔化一段小区域的物质， 形成熔融带。将线圈沿管路缓慢移动，熔融带便随 着它前进。由于混合物的熔点总比纯物质的低，因 此杂质使慢慢汇集在熔融带，随线圈的移动杂质被 赶到管子的未端除去。 • 气相精炼法：是利用金属单质或化合物的沸点与所 含杂质的沸点不同的特点，通过加热控制温度使之 分离的精炼方法。如镁、汞、锌、锡直接蒸馏法， • 镍采用羰化法：Ni（含杂质）+4CO →Ni(CO)4 • Ni(CO)4→Ni（纯）+4CO 气相析出法：镍采用羰化法，铊采用碘化物热分解 法
二．物理性质
4、密度：可由原子量，原子半径，金属结构来共同 决定。 一般密度大的原子量大，原子半径小。Os(22.57) Li(0.55)。 • • • • 5、金属的硬度：由金属键决定。 Cr硬度最大。 金属 Cr W Fe Zn Mg K Na 莫氏硬度 9 7 4 2.5 2.1 0.5 0.4 6、金属的熔沸点：由金属键决定呈周期性变 化。ⅥB、ⅦB高，ⅠA、ⅡA、ⅡB、ⅠB低， 其中 W熔点最高。 • 金属 W Re Hg Cs Ge • 熔点 ／℃ 3410 3180 -38.9 28.4 29.8 • 7、金属玻璃：非晶态金属
• 1、金属光泽：一般是银白色，少数金属为其它色。 Au(黄色) Cu(赤红) Bi(淡红) Cs(淡黄) Pb(灰兰)。 • 原因：自由电子吸收所有频率的光，同时放出 所有频率的光。 • 2、导电导热性：金属的导电导热性均很好。但也 有相当大的差异。 • 顺序：Ag、Cu、Au、Al、Zn、Sn、Fe、Sb、Hg • 原因：自由电子在外电场作用下定向运动，形成 电流。（温度越高，导电性降低）自由电子相互碰 撞交换能量。 • 金属的超导性：某一临界温度电阻为零的特性 La(12.5K) • 3、延展性：延性：抽成细丝(Pt、 Au) • 展性：压成薄片(Au、 Ag) Sb、Bi、Mn脆性 • 原因：在力作用下层间相对活动，变形而不断裂。
第四节 金属的化学性质
• 1、活泼性：氧化还原性──金属活泼顺序表(标准电 极电势) • 说明：①考虑动力学因素：Li、Na、Ca与水反应 • ②考虑氧化膜覆盖：Al、Cr、Fe在空气及硝酸中钝 化 • ③考虑沉淀及配合物的形成：Pb与盐酸、硫酸的反 应 • 2、形成配合物能力：过渡金属>p区金属>s区金属 • 3、氢氧化物的酸碱性──与氧化态和金属的电负性 有关 • 2Cu + 2H2O + 4CN- == 2[Cu(CN)2]- + 2OH- + H2(g) • 4Au + 2H2O + 8CN- + O2 == 4[Au(CN)2]- + 4OH• CsAu 是离子化合物（金的电子亲和势除卤素外最大）
地壳丰度前十位的金属： Al Fe Ca Na K Mg Ti Mn Ba Sr
第二节 金属的提炼
• 步骤：矿石富集→冶炼→精炼 • 1、 矿石的富集 • 提高矿石中有效成分的含量。 常用方法：手 选、水选法（溶解度）、磁选法（磁性）、浮选法 （密度） • 2、 冶炼 • ①活泼金属（ⅠA、ⅡA、ⅢA主要用熔盐电解法 提练(镁、钠、钾、钙等）
加 CaCl2 的作用(助熔剂，flux) ● 降低熔点，减少液Na挥发 ● 混合盐密度增大，液Na浮在熔盐表面， 易于收集
金属还原过程的热力学──艾林汉图
• 艾林汉图说明：直线 弯曲是因为相变，正 斜率(向上)说明熵变 为 • 负，负斜率(向下) 说明熵变为正，平行 线说明熵变为零。
3、 精炼
第十九章 金属通论
一、金属在周期表中的位置
•109种元素中其中金属87种，非金属17种，准金属5种 （B、Si、As、Se、Te其物理化学性质介于金属与非 金属之间，均为半导体。）
二、金属的分类：
脆性重金属
展性重金属
低熔重金属
轻金属
轻金属：密度4.5g/cm3以下，大都是活泼金属。
金属的分类
黑色金属
s区金属单质的制备方法
Li Na Be Mg
熔盐电解法
K Ca Rb Sr 电解含58~59% (CaCl2) 的熔融 NaCl: 2ClCl2 +2eCs Ba 2 Na+ + 2 e2 Na 2 NaCl(l) 2 Na (l) + Cl2(g) 金属热还原法
(阴极) (阳极)
可利用Ellingham 图进行判断