铅的功与过PPT课件.ppt

漫话铅的功与过 1 铅的认识史 早在7000年前人类就已经认识铅 我国在殷代末年纣王时便已会炼铅 二里头文化青铜器即发现有加入铅作为合金元素 炼金术士以为铅是最古老的金属并将它与土星联系到一起 2 我国著名的炼丹著作 周易参同契 中 便说 胡粉投火中 色坏还为铅 据考证 胡粉即氧化铅 投火中 后 氧化铅被炭还原成金属铅 于是 色坏 从黄色 还为铅 国外 在 圣经 出埃及记 中就已经提到了铅 而在古罗马已大量使用 在人类历史上铅是一种应用广泛的金属 3 从1980年代中开始 铅的应用开始骤然下降 主要原因是铅的生理作用和它对环境的污染 今天汽油 染料 焊锡和水管一般都不含铅了 4 在自然界中纯的铅很少见含铅的单质 矿物有白铅矿 PbCO3 铅矾 PbSO4 方铅矿 PbS 世界上最大的产铅国是中国 美国 澳大利亚 俄罗斯和加拿大 今天半数以上的铅是回收来的 白铅矿 铅的性质 5 铅是柔软 延展性强的弱金属 铅的熔点也很低 为327 放在煤球炉里 也会熔化成铅水 铅有毒 是重金属 铅很容易生锈 氧化 铅的本色为青白色 在空气中表面很快被一层暗灰色的氧化物覆盖 这层氧化铅形成一层致密的薄膜 防止内部的铅进一步被氧化 也正因为这样 再加上铅的化学性质又比较稳定 因此铅不易被腐蚀 6 铅笔 用铅在纸上一划 会留下一条黑道 在古代 人们曾用铅作笔 铅笔 这名字 便是从这儿来的 但是现代铅笔实际不含铅 主要为石墨 铅 7 铅球 1340年 欧洲出现了世界上第一批炮兵 用的是火药炮 炮弹是用铁铸成的 样子像个圆球 一个炮弹的重量是16磅 合7 257公斤 士兵们在休息时 用炮弹推来推去玩耍 逐渐地发展成为锻炼身体的方法 后来因此而被列入了田径运动项目 但有人觉得铁铸的圆球体积太大 使用起来不方便 就改为铁壳里灌铅 成为铅球 重量仍为7 257公斤 由于铅的比重大于铁的比重 在重量不变的条件下 铅球体积比铁球大大缩小 用起来可就方便多了 北京奥运会男子铅球波兰马耶夫斯基夺冠 8 铅 酸 蓄电池 铅的应用 铅蓄电池是能反复充电 放电的电池 叫做二次电池 是1859年由普兰特 Plante 发明的 至今已有一百多年的历史 铅酸蓄电池自发明后 在化学电源中一直占有绝对优势 这是因为其价格低廉 原材 料易于获得 使用上有充分的可靠性 适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点 9 铅蓄电池的结构 铅蓄电池一般由3个或6个单格电池串联而成 结构如图所示 1 负极柱2 加液孔盖3 正极柱4 穿壁连接5 汇流条6 外壳7 负极板8 隔板9 正极板 10 1 极板极板是蓄电池的核心部分 蓄电池充 放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液进行的 极板分为正极板和负极板 均由栅架和活性物质组成 栅架的作用是固结活性物质 栅架一般由铅锑合金铸成 具有良好的导电性 耐蚀性和一定的机械强度 栅架的结构右上图所示 为了降低蓄电池的内阻 改善蓄电池的起动性能 有些铅蓄电池采用了放射形栅架 右下图为桑塔纳轿车蓄电池放射形栅架的结构 11 1 极板组总成2 负极板3 隔板4 正极板5 极板联条 正极板上的活性物质是二氧化铅 PbO2 呈深棕色 负极板上的活性物质是海绵状的纯铅 Pb 呈青灰色 将活性物质调成糊状填充在栅架的空隙里并进行干燥即形成极板 如右上图所示 将正 负极板各一片浸入电解液中 可获得2V左右的电动势 为了增大蓄电池的容量 常将多片正 负极板分别并联 组成正 负极板组 如右下图所示 在每个单格电池中 正极板的片数要比负极板少一片 这样每片正极板都处于两片负极板之间 可以使正极板两侧放电均匀 避免因放电不均匀造成极板拱曲 12 2 隔板隔板插放在正 负极板之间 以防止正 负极板互相接触造成短路 隔板应耐酸并具有多孔性 以利于电解液的渗透 常用的隔板材料有木质 微孔橡胶和微孔塑料等 其中 木质隔板耐酸性较差 微孔橡胶隔板性能最好但成本较高 微孔塑料隔板孔径小 孔率高 成本低 因此被广泛采用 3 电解液电解液在蓄电池的化学反应中 起到离子间导电的作用 并参与蓄电池的化学反应 电解液由纯硫酸 H2SO4 与蒸馏水按一定比例配制而成 其密度一般为1 24 1 30g cm3 电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响 密度大 可减少结冰的危险并提高蓄电池的容量 但密度过大 则粘度增加 反而降低蓄电池的容量 缩短使用寿命 电解液密度应随地区和气候条件而定 下表列出了不同地区和气温下的电解液的密度 另外 电解液的纯度也是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素之一 13 4 壳体壳体用于盛放电解液和极板组 应该耐酸 耐热 耐震 壳体多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成 为整体式结构 底部有凸起的肋条以搁置极板组 壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格 各单格之间用铅质联条串联起来 如右图所示 壳体上部使用相同材料的电池盖密封 电池盖上有对应于每个单格电池的加液孔 用于添加电解液和蒸馏水 以及测量电解液密度 温度和液面高度 加液孔盖上的通风孔可使蓄电池化学反应中产生的气体顺利排出 14 铅蓄电池的工作原理 铅蓄电池的放电当铅蓄电池的正 负极板浸入电解液中时 在正 负极板间就会产生约2 1V的静止电动势 此时若接入负载 在电动势的作用下 电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极 这一过程称为放电 蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程 放电时 正极板上的PbO2和负极板上的Pb 都与电解液中的H2SO4反应生成硫酸铅 PbSO4 沉附在正 负极板上 电解液中H2SO4不断减少 密度下降 15 铅蓄电池的充电充电时 蓄电池的正 负极分别与直流电源的正 负极相连 当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时 在电场的作用下 电流从蓄电池的正极流入 负极流出 这一过程称为充电 蓄电池充电过程是电能转换为化学能的过程 充电时 正 负极板上的PbSO4还原成PbO2和Pb 电解液中的H2SO4增多 密度上升 当充电接近终了时 PbSO4已基本还原成PbO2和Pb 这时 过剩的充电电流将电解水 使正极板附近产生O2从电解液中逸出 负极板附近产生H2从电解液中逸出 电解液液面高度降低 因此 铅蓄电池需要定期补充蒸馏水 蓄电池充足电的标志是 1 电解液中有大量气泡冒出 呈沸腾状态 2 电解液的密度和蓄电池的端电压上升到规定值 且在2 3h内保持不变 16 铅在涂料中的应用 彩色铅釉三彩陶瓷杯 唐 重金属铅在涂料中最常见的方式为铅铬黄 铬酸铅与硫酸铅的混合物 添加的目的是让颜料有较高的遮盖力 着色力 耐候性与耐热性 只需少量即可 在涂饰 油漆 油墨 油彩等都有广泛的应用 铅除了给予涂料色彩 亦赋予其高度不透明性 只需少量即可涂饰大面积 加上铅的水溶性差 因此对水的抗受性高 不论水洗加工 或持久度等 都是过去铅添加入涂料的原因 17 铅系颜料 红丹 桔红色 主要含有四氧化三铅 是一种沿用已久的防锈颜料 通常和油料 酚醛树脂 醇酸树脂等配制成红丹防锈漆 其中油性红丹漆防锈能力最强 尽管它干燥较慢 油料的渗透润湿作用好 能容忍低表面处理的钢材 亚麻油红丹生成的铅皂能起缓蚀作用 铅系颜料本身就具有缓蚀作用 在轻金属上不适合使用红丹漆 否则会加剧腐蚀 18 铅酸钙 呈淡黄色 化学结构与红丹接近 其缓蚀作用在于碱性和形成钙皂 广泛用于钢铁和镀锌件上 也可用于无机锌的封闭漆 铅白 主要成分是次氧化铅 混有少量的氧化铅 防锈效果与纯度 细度及表面状态均有关系 与脂肪酸的化合力很强 反应生成物使漆膜更加坚韧 可以适应多种漆料 碳酸铅白是日本艺伎和面美白化妆 19 铅在其他领域的应用 铅应用于一些蜡烛的芯 以确保更长 更均匀燃烧 铅是用来作为屏蔽辐射 例如 X光室 熔融铅用来作为冷却剂 例如 铅冷却堆 铅玻璃是由12 28 氧化铅 它改变了玻璃的光学特性 降低了辐射传输 铅用于焊接电子产品 铅 用于网球拍定制 过去网球拍加铅以增加体重 四乙基铅是作为一个抗爆震的航空活塞驱动的飞机燃料添加剂 铅是仍然被广泛使用在雕像和雕塑 铅与铜混合 可减少机床磨损 20 铅对人体的危害 铅被人体吸收后 主要累及神经 血液和消化系统 早期患者出现肌肉关节酸痛 乏力 口内有异味 金属味 腹部隐痛 有时在齿龈边缘出现蓝黑色的 铅线 随着病情发展 病人可出现贫血 神经麻痹 肾功能损害和不孕 怀孕期间若不慎发生铅中毒 可致流产 死胎或胎儿畸形 儿童铅中毒 会导致儿童智力障碍 生长发育迟缓等严重后果 21 强盛的古罗马 因铅走向衰亡 在地球上 曾有一个赫赫有名的帝国 罗马帝国 公元1至2世纪是罗马帝国的盛世 古罗马人建立起了地跨欧 亚 非的强大帝国 首都罗马城被称为 永恒之城 他们创造了灿烂的罗马文化 为后人所仰慕 成为全人类共同的精神财富与物质遗产 罗马军团曾是世界最强大的军队之一 汉尼拔 斯巴达克等著名统帅 军事天才均败于他们的标枪与利刃之下 但是 罗马帝国迅速衰败 庞大军团不堪一击 永恒之城 轰然倒塌 这其中固然有政治 经济 军事方面的因素 铅中毒也是打垮罗马人的重要原因之一 罗马贵族喝葡萄汁时爱撒铅粉 喝出不孕症 22 在古罗马帝国 人们对铅的利用非常普遍 一种常用的调味品 葡萄酱在制作过程中需加入铅的氧化物 铅丹 妇女们常用的化妆品中含有铅 贮存糖 酒和食物用的是含铅器皿 贵族们引水入室用的是铅管 总之 他们的生活离不开铅 铅也因此而得以源源不断地通过消化道 呼吸道 皮肤而进入人体 量多时可引起急性中毒 量少时则逐渐蓄积在体内 引起慢性中毒 铅的毒性隐蔽 作用缓慢 常常在不知不觉中对机体造成损害 一个强盛的古罗马帝国 也就是这样在铅的毒害下逐渐走向衰亡 罗马铅水管与水龙头 罗马浴池中的铅管 23 在中国古代 铅是炼丹术中常用的药物 唐朝推崇道教 中国历史上的皇帝因吃炼丹药而死的有14位之多 唐朝几乎占了一半 在炼丹家看来 丹 太阴者铅 太阳者丹也 二物成药 服之成仙 现代科学研究发现 炼丹术炼制的药剂主要是汞 砷 铅 铜一类的化合物 少量内服可使人体红细胞数迅速增长 使皮肤红润 发热御寒 这种表面现象迷惑了希望成仙的皇族们 认为它能让人青春永驻 返老还童 长期服用导致慢性中毒 最终走向生命末路 24 为求脸面美 却中了铅毒 香港消息 一名中医师自制的 保宁丹 中药丸含铅量过高 一名女子服用后中毒 被送医院治疗 经化验证实 保宁丹 的铅和锌含量超标 揭发该事件的女子现年23岁 长期受到暗疮问题困扰 她在一个偶然机会光顾了黄某的诊所 购买了90粒 保宁丹 由于效果不错 她再次复诊 谁知两个月后 她突然全身骨痛 无法入睡 到急诊室求医后 发现血液里铅含量超标200倍 摘自 羊城晚报 25 怎样预防铅中毒 日常生活中最常见的铅污染源是劣质的陶瓷容器 长期以来铅一直被用于陶瓷的釉料和涂底中 它能使釉面显现