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第12章金属通论及s区元素1金属通论1-1金属的分类1-2物理性质1-3化学性质1-4金属的冶炼1-5合金
第12章 金属通论及s区元素 1 金属通论 1-1 金属的分类 1-2 物理性质 1-3 化学性质 1-4 金属的冶炼 1-5 合金 2
1-1金属的分类黑色金属Fe、Mn、Cr及其合金，主要是铁炭合金（钢铁），如生铁：Fe+C有色金属轻金属:d4.5gcm-3,Sn、Pb、Sb、Bi，Cu、Zn、Cd、Hg，Co、Ni贵金属一Ag、Au、Pt系密度大、熔点高、稳定稀有金属：含量少或分布稀散，发现难，工业应用晚Li、Rb、Cs、Be，Ga、In、TI、Ge，Ti、Zr、Hf、V、Nb、TaMo、W Re准金属/类金属：具有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~2GeSbBiPo
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 轻金属：d 4.5 g∙cm-3 , Sn、Pb、Sb、Bi，Cu、Zn、Cd、Hg，Co、Ni 贵金属 —— Ag、Au、Pt系 密度大、熔点高、稳定 稀有金属：含量少或分布稀散，发现难，工业应用晚 Li、Rb、Cs、Be， Ga、In、Tl、Ge，Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta， Mo、W，Re 3 1-1 金属的分类 准金属/类金属：具有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≈2 Ge Sb Bi Po
1-2物理性质·金属光泽：金属原子最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子。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赤红金属内聚力（金属键的强度）：金属正离子和自由电子间的引力，决定于①原子的大小rT,A,Hm1②价电子数目Na108kJ·mol-1,Ca177kJmol-1Fe416kJmol-1,W837kJmol-1·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）
1-2 物理性质 • 金属光泽：金属原子最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子。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 • 金属内聚力（金属键的强度）：金属正离子和自由电子间的引力,决定于 ① 原子的大小 r↑,ΔrHm °↓ ② 价电子数目 Na 108 kJ∙mol-1 , Ca 177kJ∙mol-1 Fe 416 kJ∙mol-1 , W 837 kJ∙mol-1 • 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） 4
1-3化学性质还原性M-ne-M（n=1、2、3）气相：11液相：Mn+/M越负，金属越易失去电子(1)与非金属反应—一X2、O2、S、N2(2)与H2O /酸反应2H++2e-=H2↑=p+（0.0591/2)g[[H*2/（PH2/p)]=-0.414V<-0.41V的M可与H,O反应°Fe2+/Fe=-0.447Vpca2+/Ca=-2.868Vpmg2+/Mg=-2.372VAI、Cr、Fe因钝化而不与浓H,SO4、浓HNO3反应
1-3 化学性质 还原性 M – ne - →M ( n = 1、2、3 ) 气相：I1 液相： Mn+ / M 越负，金属越易失去电子 (1) 与非金属反应—— X2、O2、 S 、N2 (2) 与H2O / 酸反应 2H+ +2e- = H2 ↑ = + (0.0591/2)lg [ [H+ ] 2 / ( pH2 / p°) ] = -0.414 V ∴< -0.41 V 的 M可 与 H2O 反应 Ca 2+ / Ca = - 2.868 V Mg2+ / Mg = - 2.372 V Fe 2+ / Fe = - 0.447 V 7 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+20H+2H,0=[Zn(OH)4]2-+H21(Al Be Cr :Na[Al(OH)] Naz[Be(OH)])（4）与配位剂作用Au+4HCI+HNO,=H|AuCII+NO↑+2H,O4Au+8CN+02+2H,0=4[Au(CN2]+40H
(3) 两性金属与碱反应 Zn + 2OH- + 2H2O = [Zn(OH)4 ] 2- + H2 ↑ (Al Be Cr ：Na[ Al(OH)4 ] Na2 [Be(OH)4 ] ) (4) 与配位剂作用 Au + 4HCl + HNO3= H[AuCl4 ] + NO ↑ + 2H2O 4Au + 8 CN-+ O2 + 2 H2O = 4 [Au(CN)2 ] - + 4 OH- 8
1-4金属的冶炼矿石含杂质石英、石灰石，称为脉石。磁选、浮选·富集：水选、石·治炼：工业还原过程·精炼
1-4 金属的冶炼 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 9
1-4-1制备高炉、热还原法：电炉火法冶金，还原剂为焦炭，CO,H,等不与产品金属生成合金的、易分离的活泼金属，如AI,Na，Ca，Mg等SnO, + 2 C= Sn +2CO ↑MgO+C=Mg+CO↑WO3+3H=W+3H,O(1473K)Cr,03 + 2Al =Al,03+2CrPbO+C=Pb+CO个2PbS+302=2Pb0+2SO2ZnCO3 → ZnO → Zn (C)10
1-4-1 制备 10 热还原法: 高炉、电炉火法冶金，还原剂为焦炭,CO,H2等不与 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 ↑ WO3 + 3 H2 = W + 3 H2O (1473K) Cr2O3 + 2Al =Al2O3+ 2Cr 2PbS + 3 O2 = 2PbO +2SO2 PbO + C = Pb + CO ↑ ZnCO3 → ZnO → Zn (C)
电解法：比AI活泼的，电解其熔融化合物不如AI活泼，电解其盐的水溶液2NaCI=2Na + Cl2↑2Al03=4AI+302↑(加Na3[AIFl)2Zn2++2H,0=2Zn+0,1+4H+热分解法：活泼性比氢小的金属2Hg0=2Hg+0212Ag20=4Ag+021（大于1000℃）HgS+0,=Hg+SO2
电解法: 比Al活泼的，电解其熔融化合物； 不如Al活泼，电解其盐的水溶液 2NaCl =2Na + Cl2 ↑ 2Al2O3 = 4Al + 3O2 ↑ (加 Na3 [AlF6 ]) 2Zn2+ +2 H2O = 2Zn +O2 ↑ + 4 H+ 热分解法： 活泼性比氢小的金属 2 HgO =2 Hg + O2 ↑ 2 Ag2O =4 Ag + O2 ↑( 大于1000℃) HgS + O2=Hg + SO2 11
1-4-2精炼从环保和提炼矿中多种金属元素的角度，湿法治金较火法治金优越(1)电解精炼of directcurrent(2)气相精炼直接蒸馏法：减压蒸馏，除去挥发性杂质-NO,Ag(s)气相析出法：碘化物热分解法，Aganode2B+312=2Bl3Bl3→B+12(Ta)Ti+2l,=Til4(323-523K)Til4-Ti+12（1673K)Objecttobeplated is madethe cathode.羰化法：Ni(CO)4，Fe(CO)512
1-4-2 精炼 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， 2B + 3I2 = 2BI3 BI3→B + I2 (Ta) Ti + 2I2 =TiI4 (323-523 K) TiI4 →Ti + I2 (1673 K ) 羰化法：Ni(CO)4 ,Fe(CO)5 12