普通化学-金属

第五章金属元素与金属材料第一节金属元素概述一金属的存在和提炼1存在形式：①单质—Au、Ag、Pt、Cu；②二元化合物—氧化物、硫化物、卤化物…③含氧酸盐—碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐…12提炼方法：实现还原反应：

Mn+→Mn*干法—还原剂为:C、CO；*金属热还原法—还原剂为:Al；*精炼—如电解精炼、区域精炼、

羰化法等。2*电解法—在阴极还原，如Al、Mg、K、Na等；*湿法—如Au、Ag；二金属的分类按化学活泼性分：活泼中等活泼不活泼

s区d区、p区d区3按工程技术分：黑色金属：Fe、Mn、Cr有色金属：又分重、轻、贵、稀、放射三金属的性质1物理性质：①光泽：金属晶体大多呈银白色，

Au—黄色，Bi—淡红，Cu—紫红色；4②密度：按5g.cm-3为标准,分为轻金属重金属；③熔点：金属熔点差别很大。如：Hg、W；⑤磁性：分铁磁材料(Fe、Co、Ni)；

顺磁材料(Mn、Cr、Mo、W）；

逆磁材料(Cu、Sn、Pb、Zn）；

⑥延、展性：即机械加工性能良好；⑦热胀冷缩(但Sb、Bi相反)。5④导电、导热：金属越纯，导电、热性越好;2化学性质：金属性是指：M-ze-→MZ+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。6②钝化:易被钝化的金属：Cr、Fe、NiZn、Al、Si、Sn等。③埃灵罕姆(ΔrGmΘ—T）图。即氧化反应与温度的关系。作法：按吉-亥方程计算出各T对应的ΔrGmΘ值，绘图.7

ΔrGmΘ值越负，反应自发性越强，氧化物越稳定。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。8讨论：2Al+Fe2O3→Al2O3+Fe2Al+Cr2O3→Al2O3+2CrSi+2FeO→SiO2+2Fe9据此，冶金生产中应用Ca、Al、Mg、Si、Mn等做脱氧剂。如：

M+nH2O→M(OH)n+H2

水中b(H+)=10-7mol·kg-1，

按能斯特方程式:E(H+/H2)=-0.413V对于金属M,若E(Mn+/M)<-0.413V,金属M即可与水反应;若反应产物M(OH)n难溶,可起保护作用.10高温下，Fe前金属皆可反应。⑵金属与H2O的反应3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2+2NO+4H2O11⑶金属与酸的反应①非氧化性酸，反应是:M+nH+→Mn++H2

可用E（Mn+/M）判断。但是，也有钝化的问题，如：PbSO4PbCl2等。②氧化性酸，与不活泼金属发生非置换反应，如：可用E（Mn+/M）判断。但，Al、Cr在HNO3中，Fe在H2SO4中钝化。③含配位剂的酸，可溶解很不活泼的金属。如王水可溶解Ag、Au、W、Mo等。

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。12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)。高温下的置换反应，可用埃灵罕姆图判断,如:13⑸金属间置换反应水溶液中的置换反应，可用活动序或电极电势E

判断,如:Zn+Cu2+→Cu2++ZnSi+2FeO→SiO2+2Fe第二节周期系中的金属元素一主族金属元素1s区金属单质

包括：ⅠA（碱金属ns1）ⅡA（碱土金属ns2）LiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa⑴物理性质①密度小（半径大，原子质量小），属轻金属；14③熔、沸点低(半径大，电子少，金属键弱）；⑵化学性质①电离能低；②还原性强。15②硬度小；④导电性好（但强度差，不做导电材料）。⑴氧化物,包括：正常氧化物过氧化物超氧化物

Na2ONa2O2KO2性质：碱性，强氧化性，吸潮

Na2O2+H2O→H2O2+NaOH

2Na2O2+2CO2→2Na2CO3+O24KO2+2CO2→2K2CO3+3O2

(用于供氧)162s区金属化合物皆白色固体，易吸水、潮解。

ROH

易溶，且放热多；强碱性；（LiOH中强）

R(OH)2

难溶,Be→Ba依次增大；

碱性：Be(OH)2两性；

Mg(OH)2中强；余皆强碱。17⑵氢氧化物3p区金属单质,包括：ⅢA—ⅥA，

ns2np1-5⑴物理性质①密度大（原子量大）,属重金属；②硬度不大；18③熔点低，是低熔金属(PbSnBi)；

Al白色有光，导电性好而且轻，因氧化膜而稳定。是轻金属、电线、日用器皿的材料。Ge优良半导体材料；Sn、Pb低熔合金材料；Sb、Bi有冷胀特性；Pb密度仅次于Hg。⑵化学性质：①中等活泼金属，有可变氧化数；②常温下不与水反应；192Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4]+3H2④Sn4+稳定，Sn2+强还原剂；

Pb2+稳定，Pb4+强氧化剂:

EΘ(Sn4+/Sn)=0.15V

EΘ(PbO2/Pb)=1.455V20③Sb、Bi可与HCl、H2SO4反应；

Al、Sn、Pb可与碱反应（两性）:二过渡金属元素包括d和ds区元素（不含La以外的镧系和锕系）分成三个过渡系：

ScTiVCrMnFeCoNiCuZn

YZrNbMoTcRuRhPdAgCd

LaHfTaWReOsIrPtAuHg1结构特征：

(n-1)d1-10ns1-2(Pd例外)21①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。3化学性质

①活泼性：一过渡系>二、三过渡系↑（ⅢB特殊：↓）。

②都有可变氧化值(间隔1，3d5后降低)222物理性质：②密度大，属重金属；③导电、导热良好。③易成配合物，作中心离子有电子未满的(n-1)d轨道；⑴钛

①轻、强、高、稳，无磁性，去气剂；23④水合离子大多有色（与未对d电子有关）。4几种重要金属及化合物②

TiO2

金红石、钛白粉可做白色填料。①硬度最大(9),熔点高；耐蚀；

②

Cr2O3

铬绿，颜料、磨料；

CrO3

铬酐，强氧化性，毒；

K2Cr2O7

红矾钾，常用氧化剂。2CrO42-+2H+HCrO4-Cr2O72-+H2O(橙红色)2324⑵铬不稳定,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。26⑶锰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)26三稀土元素ScYLa

CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu1通性

⑴电子层结构

ⅢB：(n-1)d1ns2

Ln：(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns227包括：ⅢB和镧系（Ln）。57La-71Lu15个元素半径缩小14pm;

55Cs-56Ba2个元素半径缩小45pm;

21Sc-22Ti″″缩小15pm。镧系收缩的后果是：6周期的原子半径与5周期的十分相近；二、三过渡系元素性质相似而有别于一过渡系。28⑵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更缓慢缩小。如：⑶水合Ln3+离子的颜色，与未成对4f电子有关。4fx与4f14-x构型的离子未成对电子数相同，因而水合离子颜色也相同。如:La(4f0)-Ga(4f7)-Lu(4f14)29

吸气性好，LaNi5是优良贮氢材料；

RE(OH)3碱性如M(OH)2，溶解度更小；

RE的硝、硫、溴酸盐、氯化物可溶；草、碳酸盐、氟化物难溶。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；302化学性质应用混合稀土（RE）可大大改善合金性能：脱O、S、H；氮化物细化，石墨球化；改善延展性，提高抗氧化能力、可锻性等。313应用

⑴冶金工业的“维生素”⑵石油化工中主要用做催化剂

CeO2

用来脱色、抛光；

Pr2O3、Nd2O3

用于着色（红、绿）；32

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LaNi5是贮氢材料;Y-Ba-Cu-O是超导材料；33-磁谱仪）进入太空，进行反物质的探测。⑷其他

Nd-Fe-B合金称“永磁王”，是我国研制成功的。98年装于AMS(此外，稀土在核工业、环保方面皆有应用。第三节几种合金材料1轻质合金—以轻金属为主要成分的合金。铝合金：密度小，强度高。“硬铝”耐蚀，可用于车，不用于船。钛合金：密度不大，强度很高，抗蚀性好，耐高、低温（-200-500℃），用于飞机。342硬质合金—以硬质化合物为硬质相，以合金为黏结相的复合材料（TiN、

AlN、TiC、WC、SiC）具有高硬度、耐磨、强度、韧性。—具有“记忆”自己形状特性