Chapter 12 Introduction to metalsand elements in s block1 Introduction to metals1-1 Classification1-2 Physical properties1-3 Chemical properties1-4 Preparations of metals1-5 Alloys
1 Chapter 12 Introduction to metals and elements in s block 1 Introduction to metals 1-1 Classification 1-2 Physical properties 1-3 Chemical properties 1-4 Preparations of metals 1-5 Alloys
族电子层元素周期表TN周0期HHe原子元素符号，红色氧92美U序数指放射性元素非金属金属ITVAVI2AIIIAIVAAVITA-2K1.008铀4.003元素名外围电子层排布BNF3LiBeCONe称注*铁硼锂碳酒氧括号指可能的电食f6d'7s32的是人4202L821学层排布252282522p过渡元素252p220RDD2造元素K26.9419.012140116.0019.002.011810.8238.0相对原子质量13A1PS自Na12MgSi16ATT铝磷钠镁硅硫氧3MLK882313s23520p23pVVIIBVIII3s23p3IVRBVIBIBIIB333143P122.99243126.98009732.074635KAsErK920C21Se22Ti23V24Cr25Mm26Fe27Co28Ni29Cu30ZnGa32GeSeNMIK888288882182882钙钛钒镍锌家铬锰铁钻铜钾航锗砷硒桌44s14s3d14s23d24s3dP4s23d54s13d64s23d84s23d104s23d54s23d74s23d104s144p1424p246345240o4e4039.104750.9452.0054.9458.6940.0844.96.8755.8558.9363.5565.3989.7272.6178.9679.904.92ONMLKT37RbSIY40Zr41NbTeRhPdCdSbTe383942M04344Ru454647Ag4849InSOSnSEA锶锆锯钯银钢記铝铸钉佬锦锡确础54d10515s4d15s24d85s14g10554d105s4d25s5s14d°5s14d55s24d75s15s25pl5s25p25s25pa5-25pF4d6585.4787.6288.9191.2292.9195.94[99]101.1102.9106.4107.9112.4118.7121.8126114.828PONNLKBaHf73WReOsIrPtHgT1PbBi84Po5Cs5657-7172Ta74757677福79Au80R:82RCR钽铂汞铅锁钨钱铠铭针艳铪金敬La-Lu6BetopsO15d26s25Pos25d66s250100g15d100s6s25d6s25d56s25d76s2596s1os2opl6s20p26s26p36s26p485200铺系132.91955197.0200.6204.413736180.9183.8186.2190.2192.2207.2209.01209]210117887FT88Ra89104Rf10sHa106107108109-106A铲4锂***镭**Ac-Lr7(6d7s27s1(6d27:2(6037s2(657s2)(6d67s2)7sf6d47s2铜系注：[223]2611[263]262][266]26]226.028211.相对原子质量录自1995年国际原子s960646566676869Tm7051S8PrNd51Pm52Sm63EuGdThHoErYb71LaCeDyLu锦量表，并全部取4位错铺钕铁钱镜铺钜铕锅饵碧有效数学。5d'6s24p28s24rll0s24r120s24r1590g26s224f96:24f100s24f15des4f4f56s4r76s24fsdes4fl46s24145d654f6s系2.相对原子质量140.9144.21471150.4152157.3158.9162.5164.9167.3138.9140.1O168.9173.01750加括号的为放射性元Pa92U979989Ae90Th9193Np94Pu95.96CmBk98CfEs100FmioiMd102No103L1Am铜素的半衰期最长的同罐铜针罐翰*铝铜*银*诺榜*铀环铬*馈**-位素的质量数。6d/7s26d27s25157527925197525+107g25117s25112792[5rMod'7s5126017525-6d17s246d725f75f6d'7s(519753)(51/47s3)S系227.0232.00310380237-044243[2472471[251150125725812591[260]2
2
1-1 Classification黑色金属：Fe、Mn、Cr及其合金，主要是铁炭合金（钢铁），如生铁：Fe+C有色金属：Light metals:d4.5 g/cm3 ,Sn、Pb、Sb、Bi/Cu、Zn、Cd、Hg/Co、Ni③Noblemetals：Ag、Au、Pt系，密度大、熔点高、稳定@Rare metals: Li、Rb、Cs、Be，Ga、In、Tl、Ge，Ti、Hf、V、Nb、Ta，Mo、W，Re,含量少，分布稀散，发现难，工业制备应用晚③Metalloids(准金属/类金属：具有一些金属化学特性的非金属元素)：B、Si、As、Se、Te，性脆，不良导体，电负性1.8-3.13
3 黑色金属：Fe、Mn、Cr及其合金，主要是 铁炭合金（钢铁）, 如生铁：Fe + C 有色金属： ① Light metals：d 4.5 g/cm3 , Sn、Pb、Sb、Bi/Cu、Zn、 Cd、Hg/Co、Ni ③ Noble metals：Ag、Au、Pt系，密度大、熔点高、稳定 ④ Rare metals：Li、Rb、Cs、Be，Ga、In、Tl、Ge，Ti、 Hf、V、Nb、Ta， Mo、W，Re， 含量少，分布稀散，发现难，工业制备应用晚 ⑤ Metalloids(准金属/类金属：具有一些金属化学特性的非金属元素)： B、Si、As、Se、Te，性脆，不良导体，电负性1.8-3.1 1-1 Classification
1-2 Physical properties·金属光泽：金属原子最紧密堆积状态排列，内部存在首由离子，当光线照射时，自由电子吸收所有频率的光，放出各种频率的光，呈钢炭色/银白色。Au黄Cu赤红Bi淡红Cs淡黄Pb灰蓝（金属键的强度）：金属正离子和自由离金属内聚力学简的引力，决定于①原子的大小：r↑,ArHm°↓②价电子数目：Na108kJ/molCa177kJ/mol过渡金属有d电子Fe416kJ/mol，W837kJ/mol金属在普通溶剂中不溶解，但可溶于具有金属性的溶剂中（Hg）；熔融态的Zn形成合金，含有原子、离子电子的不能分离的原子集团。4
4 1-2 Physical properties • 金属光泽：金属原子最紧密堆积状态排列，内部存在 自由离子，当光线照射时，自由电子吸收所有频率的 光，放出各种频率的光，呈钢灰色/银白色. Au黄 Cu 赤红 Bi 淡红 Cs 淡黄 Pb灰蓝 • 金属内聚力（金属键的强度）：金属正离子和自由离 子间的引力,决定于 ① 原子的大小：r↑,ΔrHm°↓ ② 价电子数目：Na 108 kJ / mol, Ca 177kJ / mol 过渡金属有d电子Fe 416 kJ / mol, W 837 kJ / mol • 金属在普通溶剂中不溶解，但可溶于具有金属性的溶 剂中（Hg）；熔融态的Zn形成合金，含有原子、离子、 电子的不能分离的原子集团
1-3 Chemical properties还原性 M-ne-→M (n=1、2、3)气相：Ii液相：电极电位越负，金属越易失去电子(1)与非金属反应—X2、O2、N2、S(2)与H,O /酸反应2H+ +2e' →H,β= β°+ (0.0591/2)lg [ [H+}2 / (PH2 / p ) ] = -0.41 Vp<-0.41V的M可与H,O反应β°ca 2+ /Ca = - 2.67 V°Mg2+ / Mg = - 2.37 VFe2+/Fe= - 0.44 VD°温和加热赤热AI、Cr、Fe因钝化而不与浓H,SO4、浓HNO反应5
5 1-3 Chemical properties 还原性 M – ne- →M ( n = 1、2、3 ) 气相：I1 液相：电极电位越负，金属越易失去电子 (1)与非金属反应—— X2、O2、N2、S (2)与H2O / 酸反应 2H+ +2e- → H2 = + (0.0591/2)lg [ [H+ ] 2 / ( pH2 / p °) ] = -0.41 V ∴< -0.41 V 的 M 可与 H2O 反应 Ca 2+ / Ca = - 2.67 V Mg2+ / Mg = - 2.37 V Fe 2+ / Fe = - 0.44 V 温和 加热 赤热 Al、Cr、Fe 因钝化而不与浓H2SO4、浓HNO3反应
(3)两性金属与碱反应Zn + NaOH+H,O → Na[Zn(OH)l + H,(Al Be Cr : Na[AI(OH)4] Na[Be(OH)4] )(4)与配位剂作用Au + HCI + HNO3→H[AuCI4l + NO + H,O4Au + 8 CN-+ O2 + 2 H,O→ 4 [Au(CN)2]- + 4 OH6
6 (3)两性金属与碱反应 Zn + NaOH+ H2O → Na[Zn(OH)] + H2 (Al Be Cr ：Na[ Al(OH)4 ] Na[Be(OH)4 ] ) (4)与配位剂作用 Au + HCl + HNO3→ H[AuCl4 ] + NO + H2O 4Au + 8 CN-+ O2 + 2 H2O→ 4 [Au(CN)2 ] - + 4 OH-
1-4金属的提炼矿石、含杂质石英、石灰石，称为脉石。一富集：水选、磁选、浮选一冶炼：工业还原过程-精炼7
7 1-4 金属的提炼 矿石、含杂质石英、石灰石，称为脉石。 – 富集：水选、磁选、浮选 – 冶炼：工业还原过程 – 精炼
1-4-1 Preparation热还原法：高炉、电炉火法冶金还原剂：焦炭,CO,H,不与产品金属生成合金的易分离的活泼金属如Al,Na,Ca,Mg等SnO, + 2 C → Sn +2C0MgO+ C-→ Mg + CO2PbS+30→2Pb0+2S0,PbO +C →Pb +COZnCO3 → ZnO → Zn (C)WO3 + 3 HW +3 H,O (1473K)Cr203 + 2Al→Al03+ 2Cr8
8 1-4-1 Preparation 热还原法:高炉、电炉火法冶金 还原剂：焦炭,CO,H2 ,不与产品金属生成合金的 易分离的活泼金属如Al ,Na, Ca, Mg等 SnO2 + 2 C → Sn +2CO MgO + C → Mg + CO 2PbS + 3 O2 → 2PbO +2SO2 PbO + C → Pb + CO ZnCO3 → ZnO → Zn (C) WO3 + 3 H2→W + 3 H2O (1473K) Cr2O3 + 2Al →Al2O3+ 2Cr
电解法：比AI活泼的可电解其熔融化合物不如AI活泼，可以电解其盐的水溶液NaCI → Na + 1/2 Cl (CaCl2)AlO3 →Al + O2(Na3AIF6)热分解法：H后金属2 HgO→2 Hg + O2 (加热)2Ag20→4 Ag +0z (大于1000℃)HgS + O2→Hg + SO,9
9 电解法: 比Al活泼的可电解其熔融化合物； 不如Al活泼，可以电解其盐的水溶液 NaCl → Na + 1/2 Cl2 (CaCl2 ) Al2O3 → Al + O2 (Na3AlF6 ) 热分解法： H后金属 2 HgO→2 Hg + O2 (加热) 2 Ag2O→4 Ag + O2 ( 大于1000℃) HgS + O2→Hg + SO2
1-4-2 Refinement从环保和提炼矿中多种金属元素的角度，湿法冶金较火法冶金优越(1)电解精炼(2)气相精炼直接蒸馏法：减压蒸馏，除去挥发性杂质气相析出法：碘化物热分解法，eg.Ti + I (323-523 K) →Ti4 (1673 K) →Ti + IB + I →BI (Ta) →B +I羰化法： Ni(CO)4 ,Fe(CO)5(3)区域熔炼法一Ga、Ge、Si，高熔点(4)气相水解法10
10 1-4-2 Refinement 从环保和提炼矿中多种金属元素的角度， 湿法冶金较火法冶金优越 (1)电解精炼 (2)气相精炼 直接蒸馏法：减压蒸馏，除去挥发性杂质 气相析出法：碘化物热分解法，eg. Ti + I2 (323-523 K) →TiI4 (1673 K ) →Ti + I2 B + I2 →BI3 (Ta) →B + I2 羰化法：Ni(CO)4 ,Fe(CO)5 (3)区域熔炼法 —— Ga、Ge、Si，高熔点 (4)气相水解法