无机化学__第十九章_金属通论

金属还原过程的热力学
金属氧化物越稳定，则还原成金属就越困难，比较 它们的生成自由能就可以知道。氧化物的生成自由能 越负的，则该氧化物越稳定，而金属就越难被还原。 艾林汉在1944年首先用消耗1molO2生成氧化物过程 的自由能变化对温度作图。根据： rG=rH-TrS 的关系，只要rS不等于零，则rG将随温度的改变而 改变。假如rH和rS为定值,则rG对绝对温度作 图便得到一直线。直线的斜率等于反应的熵变。 只要反应物或生成物不发生相变（熔化、气化、相 转变）rG对T作图都是直线。
工业上冶炼金属的一般方法
通常用铝、钙、镁、钠等做还原剂，铝是最 常用的还原剂即铝热法。例如，将铝粉和氧化 铁作用可得到铁，这个是我们较熟悉的。 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+ZMgCl2
概述
(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。
金属的物理性质
金属的物理性质
超导材料大致可分为纯金属、合金和化合物三类。
超导材料可以制成大功率超导发电机、磁流发电机、 超导储能器、超导电缆、超导磁悬浮列车等。
4、金属的延展性：金属有延性，可以抽成细丝。例 如最细的白金丝直径为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。 5、金属的密度：锂、钠、钾比水轻，锇、铁等比水重。 6、金属的硬度：一般较大，但它们之间有很大差别。 有的坚硬,如铬、钨等；有些软,可用小刀切割如钠、钾等。
5．大多具有展性和延性 6．固体金属大多属金属晶 体 7．蒸气分子大多是单原子 的
大多不具有展性和延性
固体大多属分子型晶体
蒸气（或气体）分子大多是双 原子或多原子的
金属的物理性质
自由电子的存在和紧密堆积的结构使金属具 有许多共同的性质。如： 1、金属光泽：当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。 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)。
金属还原过程的热力学
3．图中C+O2=CO2的 rS≈0,反应2C+O2= 2CO rS>0,反应2CO+O2=2CO2 rS<0。三条直线交于983 K。高于此温度,2C+O2=2CO 的反应倾向大，低于此温度， 2CO+O2=2CO；的反应倾向 更大。 生成CO的直线向下倾 斜,这使得几乎所有金属的 rG-T直线在高温下都能与 C-CO直线相交。能够被碳 还原，碳为一种广泛应用的 优良的还原剂。`
Mg 适宜，电解是最强的氧化还原手段。
12
铍
硼
Al
碳
14
氮
15
氧
16
氟
17
氖
18
13
Si
P
S
Cl
镁 IIIB
20
As Cu Zn Se Br Kr Fe Co Ni Ga Ge 电解法有水溶液电解和熔盐电解法两种。活泼的金氪 钙 钪 钛 钒 铬 锰 铁 钴 镍 铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 Ca
21 23 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

19-3-1 金属的物理性质 19-3-2 金属的化学性质
19-4 合金

19-4-1 低共熔混合物（低共熔合金） 19-4-2 金属固溶体（金属固态溶液） 19-4-3 金属化合物（金属互化物）
概述
金属通常可分为黑色金属和有色金属两大类 1、黑色金属包括铁、锰和铬以及它们的合 金，主要是铁碳合金(钢铁)。 2、有色金属是指除去铁、铬、锰之外的所 有金属。有色金属大致上按其密度、价格、在 地壳中的储量和分布情况、被人们发现以及使 用的早晚等分为五大类： (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、锡等。
一般混合物的熔点较组成混合物的纯物质的熔 点低，因此当线圈移动时，熔融带的末端即有纯物 质晶体产生。不纯物则汇集在液相内，随线圈的移 动而集中于管子末端，这样便能轻易地将不纯物自 样品末端除去。此法常用于制备半导体材料——镓、 锗、硅和高熔点金属等。产品中杂质含量可低于 10-10%。
金属的物理性质
IVB Sc 22 Ti Y
40
VB
VIB VIIB V 24 Cr 25 Mn
42
VIII
IB
IIB
铝
硅
磷
硫
氯
氩
5
铷 属如铝、镁、钙、钠等用熔融化合物电解法制备。 锶 钇 锆 铌 钼 锝 钌 铑 钯 银 镉 铟 锡 锑 碲 碘
Cs
56
Rb
38
Sr
39
Zr
41
Nb
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46

Pd
金属的物理性质
2、金属的导电性和导热性：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 3、超导电性：金属材料的电阻通常随温度的降低而 减小。1911年H.K.Onnes发现汞冷到低于4.2K时，其电 阻突然消失,导电性差不多是无限大,这种性质称为超导 电性。具有超导性质的物体称为超导体。 超导体电阻突然消失时的温度称为临界温度(T0)。超 导体的电阻为零，也就是电流在超导体中通过时没有 任何损失。
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
氙
55
6 铯 7
Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn Lu 铪 La 钡 一种金属采用什么提炼方法与它们的化学性质、矿 钽 钨 铼 锇 铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡
全属与非金属的比较
金属
1．常温时，除了汞是液体 外，其它金属都是固体 2．一般密度比较大 3．有金属光泽 4．大多是热及电的良导体, 电阻通常随着温度的增高而 增大
非金属
常温时，除了溴是液体外，有 些是气体，有些是固体 一般密度比较小 大多没有金属光泽 大多不是热和电的良导体，电 阻通常随温度的增高而减小
金属钠
金属的物理性质
7、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。 8、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；另一类是过渡金属间组成的合金。
第19章 金属通论



19-1 概述 19-2 金属的提炼 19-3 金属的物理性质和化学性质 19-4 合金 思考题 习题
19-2 金属的提炼

19-2-1 金属还原过程的热力学 19-2-2 工业上冶炼金属的一般方法 19-2-3 金属的精练
19-3 金属的物理性质和化学性质
Ba
57 71 72
1.电解法
3.热还原法 4.热分解法 石的类型和经济效果等有关。金属的提炼方法与它们
2.电解法或 活泼金属还原
在周期表中的位置大致关系见表。
金属的精练
现介绍几种常见的金属精炼方法。 一、电解精炼:常用此法精炼提纯的金属有 Cu、Au、Pb、Zn、Al等。 二、气相精炼法 镁、汞、锌、锡等可用直接蒸馏法提纯。例 如，粗锡中的锡和所含杂质具有不同的沸点， 控制温度在锡的沸点以下，“杂质沸点”以上， 可使杂质挥发除去。为了改善蒸馏条件，采用 真空蒸馏是很适合的。 羰化法：是提纯金属的一种较新的方法。现 以镍为例。羰化法提纯镍是基于镍能与一氧化 碳生成易挥发并且也容易分解的一种化合物— —四羰基合镍。 Ni+4CONi(CO)4
金属的精练
碘化物热分解法：可用于提纯少量锆、铪、铍、 硼、硅、钛和钨等。 三、区域熔炼 323-523K 1673K 将要提纯的物质放进一个装有移动式加热线圈的 TiI4 Ti + I2 Ti + I2 钨丝 套管内，强热熔化一个小区域的物质，形成熔融带。 不纯 纯 将线圈沿管路缓慢地移动，熔融带便随着它前进。
金属还原过程的热力学
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。