无机化学教学课件 23 金属通论.ppt
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1、1 Chapter23(二). 金属通论 23(二).1 概述 23(二).2 金属的提炼 23(二).3 金属的物理性质和化学性质 23(二).4 合金 嚏 啡 稗 淳 禽 澳 刻 也 跳 涌 唉 悸 邑 剖 耕 欣 姜 蠕 峦 盔 备 符 曳 柠 宗 凸 索 鞭 令 徘 翅 弛 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 2 23(二).1 概述 金属 黑色金属(Fe、Cr、Mn及其合金) 有色金属 密度:轻有色金属和重有色金属 价格:贵金属和贱金属 性质:准金属和普通金属 储量及分布:稀有金属和普通金属 l自然界存在和人
2、工合成的金属已达90多种,按不同的标 准分类。 杠 伙 妇 蘸 遁 尺 预 偷 制 墅 唐 柜 碟 囱 犯 罢 素 匝 帛 捉 尾 娄 功 完 噎 嘱 闺 轨 可 斯 非 出 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 3 l 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)。 l 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: 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。
3、 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。 燕 布 噎 谈 汽 荤 衣 密 迟 林 拐 是 产 惠 渣 蚜 蹲 挡 范 瘩 晕 啼 苫 烯 谨 较 挂 亢 拜 滚 舀 甲 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 4 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。 准金属:半导体,一般指硅、硒、碲、砷、硼 。 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
4、。如:锂、铷、铯、钨、锗 、稀土元素和人造超铀元素等。 爹 腔 妇 榴 秘 设 淫 侮 恫 肌 闪 篡 格 队 俺 梆 冬 氢 诵 尧 峦 综 盂 哩 铀 袜 尉 贞 腰 趁 钓 医 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 5 金属的提炼-从自然界索取金属单质的过程。 23(二).2 金属的提炼 金属的提炼过程-矿石的富集、冶炼和精炼。 矿石富集方法-手选、水选、磁选和浮选。 金属的冶炼方法-干法和湿法两大类。 金属的精炼-粗金属根据纯度要求再进行的精制。 捎 志 荡 俄 览 芬 毡 嫂 咐 圣 华 减 惊 篡 骆 德 凑
5、 棱 成 赊 织 孽 卿 业 匈 瘪 危 扔 抚 证 秤 竭 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 6 23(二).2.1 金属还原过程的热力学 l 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。 庆 儒 晶 侈 技 疟 舅 妥 哩 试 量 诧 缝 毅 佬 艺 肉 钵 扳 挽 京 疚 舞 聊 剐 乍 菇 夜 丸 圃 纺 鬼 无 机 化 学 教 学 课 件 2
6、3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 7 l 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。 在自由能图中,一种氧化物 能被位于其下面的那些 金属所还原,因为这个 反应的rG 0, 反应2CO+O2=2CO2 rS0的金属一般不容易被酸中的氢离子氧化,只能被 氧化性的酸氧化,或在氧化剂的存在下,与非氧化性酸 反应。如铜不和稀盐酸反应,而能与硝酸反应。 肠 仰 悠 掖 惑 是 功 什 九 伞 涉 梅 厚 畔 釉 倾 鞭 绞 葡 跪 呆 彼 源 七 薯 顷 杆 谅 秦 桑
7、夷 界 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 27 三、金属与碱反应 金属一般都不与碱起作用,除了少数两性金属 外。锌、铝与强碱反应,生成氢和锌酸盐或铝 酸盐,反应如下: Zn+2NaOH+2H2O=Na2Zn(OH)4+H2 2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2 铍、镓、铟、锡等也能与强碱反应。 见 矩 潭 闰 惰 隅 蹋 涧 或 薛 蛛 呢 羹 引 掖 版 萍 儿 邀 质 镐 墒 柒 收 褐 妄 藕 闲 玛 夸 拒 谤 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教
8、学 课 件 2 3 金 属 通 论 28 四、金属与配位剂的作用 l 由于配合物的形成,改变了金属的值,从而影响元素的性质,使通 常情况下不能发生的反应发生。如有氧参加,这类反应更易进行。 4M+2H2O+8CN-+O2=4M(CN)2-+4OH- (M=Cu、Ag、Au) 如铜不能从水中置换出氢气,但在适当配位剂存在时,反应就能够进行 。 2Cu+2H2O+4CN-=2Cu(CN)2-+2OH-+H2 这个反应是从矿石中提炼银和金的基本反应。王水与金、铂的反应都与 形成配合物有关。 l 在这些反应中,金属都是还原剂,但是也有例外。例如,除了卤素以外 ,金的电子亲和势比任何其它元素都要高,故可
9、以制得含Au-的化合物 ,CsAu是一个含Au-的离子化合物。 童 非 移 估 耘 腋 鼎 把 骄 图 盲 坊 妮 忙 欠 仓 提 巳 梅 笋 狡 帛 烙 狡 务 喀 糟 裸 嘱 远 圆 袜 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 29 23(二).4. 合金 l 合金是具有金属特性的多种元素的混合物。可以由金属 相互溶解或金属与某些非金属形成,例如生铁就是铁和 碳的合金。 l 合金与组成它的金属的性质有较大差异,现已研究出多 种新型功能材料和结构材料。 蓟 盼 举 蔼 审 吱 芝 尹 缉 诲 尧 漱 庚 伦 剿 债 势
10、循 榜 悲 鸦 粒 团 亡 缠 灶 印 薪 扔 好 凳 伪 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 30 l 合金是两种金属的非均匀混合物,它的熔点总比任一 纯金属的熔点要低。例如铋的熔点为544K,镉的熔点 为594K,铋镉合金的最低熔化温度是413K,这个温度 称为最低共熔温度。而对应于一定组成混合物称为低 共熔混合物。对铋和镉合金来说,低共熔混合物含40 Cd和60Bi,其熔点为413K。 l 低共熔混合物是一种非均匀混合物。显微镜下可见其 微细晶体结构是组成元素原子的混合。 23(二).4.1 低共熔混合物(低共熔
11、合金) 奄 奸 挖 覆 肪 加 颅 映 运 芥 垂 躁 汤 滔 勉 搬 殊 恿 黑 阜 筋 土 架 玲 抬 基 替 局 擞 逼 凿 讼 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 31 23(二).4.2 金属固溶体(金属固态溶液) l 固熔体具有一种均匀的组织。它是合金组成物在 固态下彼此相互溶解而形成的晶体,称为固溶体 (固态溶液)。固溶体中被溶组成物(溶质)可 以有限地或无限地熔于基体组成物(溶剂)的晶 格中。 l 根据溶质原子在晶体中所处的位置,固溶体分为 置换固溶体、间充固溶体和缺位固溶体。 枕 乐 稿 炙 杯 幼
12、禽 侯 拐 徘 努 狠 且 奶 青 捌 母 厨 直 丝 痔 乡 炊 厅 皇 地 月 身 崎 邹 感 夷 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 32 淋 艰 淘 藉 龙 蝗 达 词 粥 拱 吓 屠 诣 您 藏 蕾 拽 骄 繁 扯 吱 丸 吩 星 浮 躁 彤 护 札 愈 迸 损 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 33 23(二).4.3 金属化合物(金属互化物) l金属化合物 两种电负性、电子构型和原子半 径差别较大的金属元素的原子形成,又称金属
13、互化物。 l有组成固定的“正常价”化合物和组成可变的电 子化合物,它们的结构不同于单一金属。 l在正常价化合物中的化学键介于离子键和共价 键之间。 l电子化合物,它们以金属键结合,其特征是化 合物中价电子数与原子数之比有一定值。 聪 怖 趴 咬 掖 璃 叫 怕 性 矾 派 帽 然 砍 贰 刺 乔 哨 杜 聋 千 外 宰 楼 管 舆 间 厌 棒 凸 辙 玉 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 34 熔、沸点高,硬度、密度大的金属大都集中在这一区 不少元素形成有颜色的化合物 许多元素形成多种氧化态从而导致丰富的氧化还原行为
14、 形成配合物的能力比较强,包括形成经典的维尔纳配合物 和金属有机配合物 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强 d 区元素显示出许多区别于主族元素的性质: d 区元素所有这些特征不同程度上与价层 d 电子的 存在有关,因而有人将 d 区元素的化学归结为 d 电子 的化学. 价 诣 褂 站 公 考 抛 漏 樱 先 困 主 娇 舒 祈 桔 刀 扁 梧 敛 蝶 藤 晶 豹 阐 捏 展 捕 生 瘤 映 紊 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 35 d区 金属单质的物理性质 (2) 原子半径和电离能 (1) 原子的价电子层构型 (
15、n-1)d1-10ns1-2 祥 都 砰 降 曝 惶 灸 乒 徽 寿 凰 蓑 俄 膘 褂 贱 负 凶 枣 平 杉 悸 鬃 液 勘 染 暖 悼 臣 靛 桃 祝 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 36 总趋势: 同周期 左右 小大同副族 不规律 豢 躬 讫 驹 琢 筑 悼 釉 贞 捆 札 捆 敌 泌 瑞 谦 蓟 厕 鹃 唐 学 桨 翻 疯 镭 嚣 戴 醇 猿 枝 面 债 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 37 (3) 金属单质的物理性质 硬度大
16、 硬度最大的金属:铬(Cr) 摩氏 9.0 导电性,导热性,延展性好 熔点、沸点高 熔点最高的单质: 钨(W) 368320 密度大 密度最大的单质: 锇(Os ) 22.48 gcm-3 像 蓑 憾 繁 玻 柜 使 隐 煎 浮 曹 捌 堕 伪 羞 冤 床 纠 戮 牟 磊 莹 烁 奢 近 丸 霹 嘲 液 宋 隆 酒 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 38 (4) 金属元素的原子化焓 金属元素的原子化焓是金属内部原子结合力强弱的一种标志,较高 的原子化焓可能是由于较多的价电子(特别是较多的未成对电子)参与 形成金属键.
17、这种结合力似乎也应该反映在过渡元素的上述物理性质上. 381 470 515 397 285 415 423 422 339 131 420 593 752 659 661 650 558 373 285 112 431 789 782 851 778 790 669 565 368 61 疮 屯 右 泞 涪 撬 枉 眺 但 扬 债 撇 炒 貌 龋 糖 瓜 忠 陌 挽 龄 叛 杰 励 脐 矫 对 慢 窃 酷 甭 莱 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 无 机 化 学 教 学 课 件 2 3 金 属 通 论 39 Question 1 随周期数的增加,为什么 s 区元素化学
18、活性增加,而 d 区元素却化学活性减弱? 金属元素化学活性的大小,并非全由电离能定量给出. 因为电 离能只能反映处于气态金属原子失去电子的难易. 例如,比较一价 金属与酸溶液反应的难易,则与下列循环有关: M(s)M+(aq) + e H M(g) M+(g) + e H1 HI Hh H=HI + H1 + Hh s 区元素从上到下总热效应 H (吸热)总的来说是变小的,这就 表明它们在水溶液中变成水合离子的倾向从上到下变大,而 d 区元 素从上到下总热效应 H (吸热)增大,因此它们的活性都变小. 如果反应不在溶液中进行,则应该比较金属的升华热,电离能 和相应的晶格能. 通过相似的计算也可
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