5第五章-金属元素与金属材料课件

第五章金属材料背景音乐：编钟曲1精选2021版课件金属元素在已知的112种元素中，有90种金属元素。2精选2021版课件工程技术上分：黑色金属：Fe、Mn、Cr

有色金属,又分:

“重、轻、贵、稀、放”金属的分类化学性质上分：活泼金属、中等活泼金属、不活泼金属。3精选2021版课件1物理性质：

光泽、密度、熔点、导电、导热、延、2化学性质：“金属性”是指：

M-ze-→MZ+

金属的性质……展性、磁性、热胀冷缩(但Sb、Bi相反)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。4精选2021版课件⑴与氧（空气）的作用

mM+O2→MmOn①一般情况：

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。②钝化:易被钝化的金属有：Cr、Fe、Ni、Zn、Al、Si、Sn等。5精选2021版课件金属钝化除与本身的活泼性有关，如Al、Cr、Ni等金属是较易与氧作用这是由于它们在空气中形成的氧化膜具还与其氧化物膜的性质有关。的。但是，甚至在一定的较高温度范围内都是相当稳定的。有明显的保护作用，能阻止金属进一步被氧化，这种作用叫钝化。6精选2021版课件水中b(H+)=10-7mol·kg-1，按能斯特方程式:E(H+/H2)=-0.413V高温下，Fe前金属皆可反应。⑵金属与H2O的反应M+nH2O→M(OH)n+H2

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。对于金属M：7精选2021版课件3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2+2NO+4H2O⑶金属与酸的反应①非氧化性酸：

M+nH+→Mn++H2

②氧化性酸：③含配位剂的酸

如王水⑷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。8精选2021版课件

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)。

⑸金属间置换反应

①水溶液中的置换反应，可用活动序：实质就是金属元素的氧化还原性质。KCaNaMgAlZnFeNiSnPb（H）CuHgAgAu金属活泼性顺序这是他们的重要特性。9精选2021版课件

②高温下的置换反应，可用埃灵罕姆图Si+2FeO→SiO2+2Fe判断,如:Zn+Cu2+→Cu2++Zn也可用电极电势E

判断,如:它们仅适用于在水溶液中的情形。它是适用于高温下的氧化还原顺序，随温度的不同而不同。10精选2021版课件作法：讨论：ΔrGmӨ值越负，反即金属的氧化反应与温度的关系。埃灵罕姆(ΔrGm—T）图Ө各T对应的值，ΔrGmӨ绘图。按吉-亥方程计算出物越稳定。应自发性越强，氧化11精选2021版课件

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+Fe2Al+Cr2O3→Al2O3+2CrSi+2FeO→SiO2+2Fe12精选2021版课件

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CaMgAlTiSiMnNaCrZnFeHCoNiCu金属氧化物的稳定性反应活泼性顺序是：773K，金属与氧的13精选2021版课件

按右图，碳的还原性强弱随温度的升高而——；在1000K时，C、Mg、Al的还原能力由强到弱的顺

序是——；在2000K时，Mg——还原Al2O3。解：增强；Mg、Al、C；

例题：不能。14精选2021版课件

主族金属元素15精选2021版课件

过渡金属元素16精选2021版课件包括d和ds区元素（不含La以外的镧系ScTiVCrMnFeCoNiCuZnYZrNbMoTcRuRhPdAgCdLaHfTaWReOsIrPtAuHg1结构特征：(n-1)d1-10ns1-2

(Pd例外)和锕系）分成三个过渡系：如：Mn—3d54s2Mo—4d55s1Ag—4d105s117精选2021版课件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。18精选2021版课件①活泼性：一过渡系>二、三过渡系↑

（ⅢB特殊：↓）；②密度大，属重金属；③导电、导热良好。3化学性质②都有可变氧化值(间隔1，3d5后降低)；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）。19精选2021版课件Cu2+、Co3+、Ni2+及其氨合物的颜色：部分过渡元素水合离子的颜色：20精选2021版课件它们是：KMnO4、K2Cr2O7、CoCl2、FeCl3、NiNO3、CuCl2、Cr2(SO4)3它们是：ZnS、MnS、CdS、As2S3、Sb2S3、

SnS2、Bi2S3再举一些金属的盐溶液，如：又如：21精选2021版课件Co(H2O)6Cl2

CoCl2

+6H2O粉红色

兰色其中Co2+有下列平衡：

根据Co2+的这种特性，把它用于硅胶阴？雨？晴？小制作：“晴雨花”干燥剂：22精选2021版课件

金属（特别是过渡金属）元素的水合离未成对d电子数水合离子颜色012345Ag+、Zn2+、Cd2+、Sc3+、Ti4+（无色）Cu2+（蓝色）、Ti3+（紫色）Ni2+（绿色）Cr3+（蓝紫）、Co2+（粉红）Fe2+（淡绿）*Mn2+（淡红）*、Fe3+（淡紫）**Fe2+、Mn2+常无色，Fe3+常呈黄或褐色。它们为什么有色？电子构型中都有未成对d电子。例如：子有色的原因是由于这些元素的离子外层23精选2021版课件例题：简单说明：①Mg和Ti原子的最外层都是2个电子为只有+2；什么Ti的氧化数有+2、+3、+4而Mg却解：①

Mg的外层电子构型为3s2而Ti为3d24s2。化值；d电子可以参与反应，所以Ti有多于+2的氧24精选2021版课件③为何K+、Ca2+等都无色，而Fe、Mn、Ti②为何Cr的密度、硬度、熔点都比Mg高；的离子却都有色。②

Cr的外层电子构型为3d54s1，价电子多，金属键强，所以密度、硬度、熔点高；③

Fe、Mn、Ti原子的外层电子构型中都电子构型中则没有未成对d电子，因而无色。有未成对d电子，而K+、Ca2+的原子的外层25精选2021版课件⑴钛

①轻、强、高、稳，无磁性，去②

TiO2金红石、钛白粉可做白色⑵铬①硬度最大(9),熔点高；耐蚀；几种重要金属及化合物②Cr2O3铬绿，颜料、磨料；

CrO3

铬酐，强氧化性；气剂；填料。26精选2021版课件2CrO42-+2H+HCrO4-Cr2O72-+H2OCr2O72-Cr3+K2Cr2O7红矾钾，是常用氧化剂。Cr6+的化合物皆有毒，2Cr2O72+3C2H5OH+16H+→

3CH3COOH+4Cr3++11H2O检查是否酒后开车：而Cr3+的化合物毒性较小。在溶液中与K2CrO4存在如下平衡：27精选2021版课件KMnO4不稳定,其分解反应:

2KMnO4→K2MnO4+MnO2+O2(g)4KMnO4+4H+→4MnO2(s)+2H2O+3O2(g)①硬而脆；吸气；②

KMnO4常用氧化剂。⑶锰MnO4–Mn2+28精选2021版课件KMnO4的还原产物与介质有关：KMnO4+5Na2SO3+3H2SO4

→2MnSO4+5Na2SO4+K2SO4+3H2O

(浅粉色或无色)KMnO4+3Na2SO3+H2O

→MnO2+3Na2SO4+2KOH

(棕色)2KMnO4+Na2SO3+2KOH

→2K2MnO4+K2SO4+H2O

(绿色)29精选2021版课件

锰的比色分析法（分光光度法）就是根2Mn2++14H++5BiO3–→

2MnO4–+5Bi3++7H2O据MnO4–的紫红色来进行鉴定的。30精选2021版课件

稀土元素31精选2021版课件

⑴电子层结构

ⅢB：(n-1)d1ns2Ln：(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns21通性⑵原子和离子半径—镧系收缩：

是指Ln的原子和离子半径比过渡元素如：57La—71Lu

15个元素半径缩小14pm;55Cs—

56Ba

2个元素半径缩小45pm;21Sc—

22Ti″″缩小15pm。

更缓慢缩小。32精选2021版课件

镧系收缩的后果是：6周期的原子半径质相似而有别于一过渡系。与5周期的十分相近；二、三过渡系元素性33精选2021版课件

⑶水合Ln3+离子的颜色4fx与4f14-x构型的离子未成对电子数相同，与未成对4f电子有关:如:La(4f0)Ga(4f7)

颜色变化出现重复。因而水合离子颜色也相同。Lu(4f14)Ga(4f7)34精选2021版课件(2)吸气性好。

LaNi5是优良贮氢材料。(1)活泼金属。强还原剂，活泼性相当于Mg；易氧化，氧化物无保护作用（存于煤油）；燃点低（200℃），燃烧时放热量大。2化学性质(3)RE(OH)3碱性如M(OH)2。溶解度更小。(4)RE的硝、硫、溴酸盐、氯化物可溶；草、碳酸盐、氟化物难溶。35精选2021版课件

应用混合稀土（RE）可大大改善合金3应用

⑴冶金工业的“维生素”⑵石油化工中主要用做催化剂可锻性等。球化；改善延展性，提高抗氧化能力、性能：脱O、S、H；氮化物细化，石墨36精选2021版课件CeO2

用来脱色、抛光；Pr2O3、Nd2O3

用于着色（红、绿）；La2O3

高折射率、低散射的玻璃纤维；用于光学窥镜；Y2O3、Dy2O3用于激光窗、红外窗、高温炉窗；⑶玻璃、陶瓷工业中37精选2021版课件LaNi5是贮氢材料;Y-Ba-Cu-O是超导材料；⑷其他仪）进入太空，进行反物质的探测。

Nd-Fe-B合金称“永磁王”，是我国

此外，稀土在核工业、环保方面皆有研制成功的。98年装于AMS(

-磁谱应用。38精选2021版课件

在金属材料中，有许多具有特殊性能的合金，如：轻质合金、硬质合金、贮氢合金、形状记忆合金等等。

形状记忆合金被称为金属中的“魔术

记忆合金像人有记忆力一样“记住”自己的形状。师”，因为它有一种神奇的特性：它能39精选2021版课件

这种合金是由Ti和Ni各50%组成的。这变化时便会有对应的晶形出现:这两种晶体有一转变温度。所以，温度种合金具有立方体和菱形两种晶体结构，T1T2T240精选2021版课件轻质合金轻质合金—以轻金属为主要成分的合金。(1)铝合金：密度小，强度高。“硬铝”耐蚀，可用于车，不用于船。(2)钛合金：密度不大，强度很高，抗蚀性好,耐高、低温（-200-500℃）无磁性，可用于船；飞机的很多部件都用了轻质合金：41精选2021版课件42精选2021版课件硬质合金—以硬质化合物（TiN、AlN、

硬质合金硬质合金用于制作刀具、钻具、模具等。具有硬度高、耐磨性好；高