《金属材料》PPT课件

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所以，处于下方的金属(更易与氧化 合,与氧结合力更强) 可把处于上方的金 属从其氧化物中置 换出来。如：
2Al+Fe2O3→Al2O3+Fe
2Al+Cr2O3→Al2O3+2Cr
Si+2FeO→SiO2+2Fe
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据此，冶金生产中 应用Ca、Al、Mg、Si、 Mn等做脱氧剂。
按埃灵罕姆图，在 773K，金属与氧的 反应活泼性顺序是：
小制作：“晴雨花 ”
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金属（特别是过渡金属）元素的水合 离子有色的原因是由于这些元素的离子外 层电子构型中都有未成对d电子。例如
未成对d电子数
水合离子颜色
0
Ag+、Zn2+、Cd2+、Sc3+、Ti4+（无色）
1
Cu2+（蓝色）、Ti3+（紫色）
2
Ni2+（绿色）
3
Cr3+（蓝紫）、Co2+（粉红）
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③ 易成配合物，作中心离子 有电子未满的(n-1)d轨道；
④ 水合离子大多有色
（与未对d电子有关）
部分过渡元素水合离子的颜色：
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Cu2+、Co3+、Ni2+及其氨合物的颜色：
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其中Co2+有下列平衡：
Co(H2O)6Cl2 CoCl2 +6H2O
粉红色
兰色
根据Co2+的这种特性，把它用于硅胶 干燥剂：
3CH3COOH+4Cr3++11H2O
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⑶锰 ① 硬而脆；
② KMnO4 常用氧化剂。
KMnO4不稳定,其分解反应: 2KMnO4→K2MnO4+MnO2+O2(g)
4KMnO4+4H+→4MnO2(s)+2H2O+3O2(g)
②高温下的置换反应，可用埃灵罕姆图 判断,如:
Si+2FeO→SiO2+2Fe 它是适用于高温下的氧化还原顺序，
随温度的不同而不同。
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埃灵罕姆(ΔrGm Ө—T）图
即金属的氧化反应与温度的关系。
按吉-亥方程计算出
各T
图。
对应的ΔrGmӨ值，绘
ΔrGmӨ值越负，反应自 发性越强，氧化物越 稳定。
①非氧化性酸： M+nH+→Mn++H2(g) ②氧化性酸：
3Cu+8HNO3Leabharlann Baidu3Cu(NO3)2+2NO+4H2O ③含配位剂的酸 如王水
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4. 金属与碱的反应（实质是与水的反应） 碱中b(OH-)>10-7mol.kg-1。 所以,若金属的E(Mn+/M)<-0.83V 便能反应。
如R(OH)n可溶，金属便可溶于碱(如Al、Zn); 如R(OH)n不溶，金属便不溶于碱(如Ag)。
如：Mn—3d5 4s2
Mo—4d5 5s1
Ag —4d105s1 20
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2、物理性质
① 熔、沸点高（“两头小，中间大”。 与未成对d电子有关）属耐高温金属。
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② 密度大，属重金属； ③ 导电、导热良好。
3、 化学性质
①活泼性：一过渡系>二、三过渡系↑
（ⅢB特殊：↓）；
②都有可变氧化值(间隔1，3d5后降低)；
M mOn
①一般情况： s区—极易反应； p区—反应程度较差； d区—4周期，高温下可反应； 5、6周期，稳定。
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②钝化(passivation):是使金属表面转化
为不易被氧化的状态
易被钝化的金属有： Cr、Fe、Ni、Zn、Al、Si、Sn等。
能否钝化和金属表面形成的氧化膜的致密度 有关
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2. 金属与H2O的反应
M + nH2O → M(OH)n + H2 水中b(H+)=10-7mol·kg-1， 按能斯特方程式:E(H+/H2)=-0.413V
若E(Mn+/M)<-0.413V,金属即可与水反应; 若反应产物M(OH)n难溶，可起保护作用。 高温下，Fe前金属皆可反应。
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3.金属与酸的反应
金属与酸的作用通常用金属活动性顺序或电 动序来判断
CrO3 铬酐，强氧化性；
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K2Cr2O7 红矾钾，是常用氧化剂。
在溶液中与K2CrO4存在如下平衡：
2CrO42- +2H+
HCrO4-
Cr2O72-+H2O
Cr6+的化合物皆有毒，
而Cr3+的化合物毒性较小。
检查是否酒后开车：
Cr2O72- Cr3+
2Cr2O72-+3C2H5OH+16H+→
第五章 金属元素与金属材料
Chapter 5 Metallic Elements and Metallic Materials
北方工业大学机电学院
5.1 金属元素概述
在已知的112种元素中，有90种金属元素
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一、金属的物理性质及分类
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工程技术上分：黑色金属：Fe、Mn、Cr 有色金属,又分:
Ca Mg Al Ti Si Mn Na Cr Zn Fe H Co Ni Cu 金属氧化物的稳定性
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我们见过的铝热实验
Fe2O3+2Al→Al2O3+2Fe
CO2（干冰）助燃的实验都可以从埃灵 罕姆图中找到答案：
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CO2+2Mg→2MgO+C
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主族金属元素
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过渡金属元素
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5. 金属间置换反应
实质就是金属元素的氧化还原性质。 这是他们的重要特性。
①水溶液中的置换反应，可用活动序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb （H）Cu Hg Ag Au 金属活泼性顺序
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也可用电极电势E 判断,如:
Zn+Cu2+→Cu2++Zn 它们仅适用于在水溶液中的情形。
“重、轻、贵、稀、放”
化学性质上分：活泼金属、中等活泼金 属、不活泼金属。
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二、金属元素的化学性质
金属最主要的化学性质是容易失去电子变成 正离子：
“金属性”是指： M-ze-→MZ+
不同的金属，在与氧、水、酸、碱的反应， 金属间反应中表现出不同的性质。
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1. 与氧（空气）的作用
mM
+
n 2
O2
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Fe2+（淡绿）*
5
Mn2+（淡红）*、Fe3+（淡紫）*
* Fe2+、Mn2+常无色，Fe3+常26呈黄或褐色。
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5.2 几种重要金属元素及化合物
⑴ 钛 ① 轻、强、高、稳，无磁性，去
气剂； ② TiO2 金红石、钛白粉可做白色
填料。
⑵ 铬 ① 硬度最大(9),熔点高；耐蚀；
② Cr2O3 铬绿，颜料、磨料；
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包括 d和ds区元素（不含La以外的镧 系和锕系）分成三个过渡系：
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
1、 结构特征： (n-1)d1-10ns1-2 (Pd例外)