钨的物理性质和化学性质讲解学习
钨及其化合物
钨及其化合物1. 简介钨（符号：W）是一种重金属元素，原子序数为74。
它是地壳中含量很少的元素之一，但在自然界中主要以矿石的形式存在，如钨矿石和钨酸盐。
钨具有高熔点、高密度和良好的耐腐蚀性能，因此被广泛应用于各个领域。
钨及其化合物具有许多重要的应用，包括工业、冶金、电子、化学、医药等领域。
本文将深入探讨钨及其化合物的性质、制备方法以及应用领域。
2. 钨的性质2.1 物理性质钨是一种银白色金属，具有很高的密度（19.3 g/cm³），仅次于铂和金。
它具有很高的熔点（3422 °C）和沸点（5930 °C），使得它在高温环境下表现出优异的稳定性。
此外，钨还具有良好的导电和导热性能。
2.2 化学性质钨是一种非常稳定的元素，不受大多数酸和碱的侵蚀。
它可以与氧、硫、氮等元素形成多种化合物。
钨的最常见的氧化态是+6，但它也可以形成+4和+5的氧化态。
3. 钨化合物3.1 氧化钨（WO₃）氧化钨是一种常见的钨化合物，具有黄色或淡黄色的颜色。
它具有很高的稳定性和光学特性，因此被广泛应用于陶瓷、涂料、染料和催化剂等领域。
3.2 钨酸盐钨酸盐是一类以钨酸根离子（WO₄²⁻）为主要成分的化合物。
它们通常具有良好的溶解性和稳定性，在催化剂、电池、材料科学等领域有重要应用。
4. 钨及其化合物的制备方法4.1 钨的提取钨通常以矿石形式存在，如黑钨矿（FeWO₄）和白钨矿（CaWO₄）。
提取钨的方法包括浮选、重选、浸出等步骤，最终得到钨精矿。
然后，通过化学反应和冶炼过程，将钨精矿转化为纯净的钨金属。
4.2 钨化合物的合成钨化合物的合成方法多种多样，包括溶液法、固相法、气相法等。
具体方法根据目标化合物的性质和应用需求选择。
5. 钨及其化合物的应用领域5.1 工业领域由于钨具有高熔点和高密度，它被广泛应用于工业领域。
例如，钨被用作高温炉、电弧焊接电极、切削工具等。
5.2 冶金领域钨在冶金领域中也有重要应用。
金属钨
二,金属钨的化学性质
它的防腐性能非常好,大多数无机酸对它的侵 蚀很小.在空气里它的表面上形成一层保护性 的氧化物,但是在高温下它会被完全氧化.钢 里加入少量钨可以大大地增高钢的硬度.
一,钨和单质的反应
(1)钨和卤素反应
钨可以和氟气反应,粉状的钨在200℃反应, 微粉常温下便能和氟气反应,而钨棒在300℃ 才和氟气反应.钨和氟气反应主要牵扯到以下 反应: W+3F2==WF6; 2W+5F2==2WF5; W+3F2==WF5+F 在有氧气存在时,会有四氟氧化钨(WOF4)生成. 六氟化钨为无色体心立方或斜方晶,熔点2℃, 17.1℃沸腾,遇水分解.四氟氧化钨为无色单 斜晶,熔点110℃,沸点185.9℃,极易潮解, 在潮湿空气中转黄,生成氢氟酸及钨酸,不溶 于四氯化碳.
溶解的方程式如下: 氟王水: W+2HNO3+6HF→WF6+2NO↑+4H2O 3W+12HF+6HNO3→3WOF4+6NO↑+9H2O 王水: W+2HNO3→WO3+2NO↑+H2O W+2HCl+2HNO3→WO2Cl2+2NO↑+2H2O 在230℃钨粉可以溶解在90%磷酸中: 12W+H3PO4+36H2O→H3 [P(W3O10) 4]+36H2↑ 钨在碳酸(饱和CO2水溶液),油酸中无显 著侵蚀.
钨的稳定同位素有:182W(丰度26.50%), 183W(丰度14.30%),184W(丰度30.64%), 186W(丰度28.43%)
【三,金属钨】
一,金属钨的物理性质 钨的核性质
钨是一种化学元素,它的化学符号是W,它 的原子序数是74,是一种非常硬的,锡白 色的过渡金属.纯钨很脆,不易加工.含 有钨的矿物有黑钨矿和白钨矿等.钨的物 理特征非常强,尤其是它的熔点非常高, 是所有非合金金属中最高的.纯钨主要用 在电器和电子设备中,它的许多化合物和 合金也被用在许多其它应用中(最常见的 有灯泡的灯丝,在X射线管中以及在高温合 金中也有钨使用).
第十一次课钨冶金
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酸分解白钨矿所发生的反应
发生的反应
HCl分解： CaWO4(s) + 2HCl → H2WO4(s) + CaCl2(aq) HNO3分解： CaWO4(s) + 2HNO3 → H2WO4(s) + Ca(NO3)2(aq) 氨溶解： H2WO4 + 2NH4OH → (NH4)2WO4 + 2H2O
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1.5 钨的应用
硬质合金：“工业牙齿”，超过60%的钨消耗量 高速钢：20% 轧制品： 化工领域：6~8% 电光源/真空电子行业：加热灯丝,共12门类,85种 炼钢添加剂：特钢/镍基/钴基超合金,细化晶粒,提高高温性能 高比重合金：W:93~97,其余为Ni,Cu,Fe,Mo 发汗材料：W-Cu, W-Ag航空器外壳材料/ 核反应堆屏蔽材料 微电子行业：电极布线材料，亚深微米集成电路的优选材料 机电行业：触点材料W-Cu,W-Ag,W-Re 航空航天：陀螺仪 其它
钨精矿的分解方法 主要有五种：碱分解法、酸分解法、氯化 法、氟化物分解法和等离子体分解法。
1 碱分解法：包括苏打压煮法、苛性钠浸出法、苏打烧结—水 浸出法。实质是将钨以钨酸钠的形式浸出到液相，而大部分杂 质留在固相，从而达到初步分离的目的，其中苏打烧结-浸出工 艺是传统的处理方法，许多技术经济指标略低一些，而有被逐 渐取代的趋势。
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1.6 钨的矿物
黑钨矿: (Fe,Mn)WO4, FeWO4和MnWO4在 20~80%，否则就称为钨酸铁或钨酸锰矿。 颜色为黑色、棕色、棕红色等，取决于 Fe/Mn比；
白钨矿：颜色有白色、黄色、灰色、褐色等。 密度为5.9~6.1g/cm3，硬度在4.5~5.0之间，而 且在紫外线照射下能发出兰色的荧光。 白钨矿中经常伴生一些CaMoO4杂质，如果 钼含量超过1%，则在紫外线照射下发出的兰 色荧光将变成黄色。白钨矿没有磁性。
钨丝断的熔点
钨丝断的熔点钨丝是一种高温金属材料，具有很高的熔点。
钨丝主要用于制造电子器件和照明器具等。
为了更好地了解钨丝断的熔点，我们需要了解钨丝的物理性质和热学性质。
一、钨丝的物理性质1. 密度：钨的密度是19.25克/立方厘米，这是一种比较高的密度。
由于钨丝的密度较大，因此钨丝比其他金属线更加坚韧。
2. 延展性：钨具有很好的延展性，可以轻松制成钨丝。
这是由于钨的结晶结构和金属键有关。
3. 导电性：钨是一种良好的导体，它对电流的导通率相对较高。
1. 熔点：钨的熔点是3410℃，是所有金属中的最高值。
由于钨的熔点非常高，因此钨丝是一种耐高温材料，可以承受高温环境下的高温和蒸汽。
2. 导热性：钨的导热性非常好，可以承受高温环境下的很高热传导。
3. 热膨胀系数：钨具有较小的热膨胀系数，意味着即使在高温下，钨线也能保持它的形状和稳定性。
钨丝的熔点是3410℃，是所有金属中的最高值。
这种高熔点是由于钨的原子结构和金属键的特殊性质所决定的。
钨的电子排布使其具有高的熔点和高的阻值。
钨丝的制造一般采用拉伸法。
在拉伸过程中，钨坯经过多次卷绕、拉扯、加热和冷却等工序，使其变得细而长。
最终的钨丝具有非常好的稳定性和耐热性。
由于钨丝的熔点比其他材料都要高，因此它可以在高温下长时间工作而不被熔化或退化。
因此，它经常用于制造高强度的电子设备和灯泡。
钨丝由于其物理和热学性质的优点而被广泛应用于各种高温加热设备和照明用途。
在制造过程中，钨丝可以通过滚动、切割、拉伸、焊接等方式进行加工，以适应不同的应用领域。
（一）钨的性质钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100...
(一)钨的性质钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100℃时为174瓦/米·K，在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小，膨胀系数在0～100℃时，为4.5×10-6·K-1。
钨的比电阻约比铜大3倍。
电阻率在20℃为10-8欧姆·米。
钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3)，高温强度好，电子发射性能亦佳。
钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。
在冷状态下钨不能进行压力加工。
锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。
常温下钨在空气中稳定，在400-500℃钨开始明显氧化，形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。
常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀，但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。
(二)钨的主要用途钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。
用于制造各种照明用灯泡，电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。
掺杂钨丝中添加铼。
由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制造的热电偶，其测温范围极宽(0～2500℃)，温度与热电动势之间的线性关系好，测温反应速度快(3秒)，价格相对便宜，是在氢气氛中进行测量的较理想的热电偶。
钨丝不仅触发了一场照明工业的革命，同时还由于它的高熔点，在不丧失其机械完整性的前提下，成为电子的一种热离子发射体，比如作扫描电(子显微)镜和透射电(子显微)镜的电子源。
还用于作X射线管的灯丝。
在X射线管中，钨丝产生的电子被加速，使之碰撞钨和钨铼合金阳极，再从阳极上发射出X射线。
为产生X射线要求钨丝产生的电子束的能量非常之高，因此被电子束碰撞的表面上的斑点非常之热，故在大多数X射线管中使用的是转动阳极。
此外大尺寸的钨丝还用作真空炉的加热元件。
钨的密度为19.25克/厘米3，约为铁(7.87克/厘米3 )的2.5倍，是周期系最重的金属元素之一。
基于钨的这一特性制造的高密度的钨合金(即高比重钨合金)已成为钨的一个重要应用领域。
采用液相烧结工艺，在钨粉中同时加入镍、铁、铜及少量其他元素，即可制成高密度钨合金。
钨冶金学
第九章 钨冶金
2.化学性质 钨是元素周期表中第6周期VIB族元素，元素符号W，原子序
数74，相对原子质量183. 85。钨原子的外电子构型为 [Xe]4f145d46s2，价电子为5d46s2。钨的氧化态有0, +1,+2, +3, +4, +5,+6等。高氧化态钨呈酸性，低氧化态钨呈碱性。 块状钨在常温空气中是稳定的;在673K时开始失去金属光泽， 表面形成蓝黑致密的WO3保护膜;1013K时WO3由斜方晶系转 变为四方晶系，保护膜遭到破坏。
第九章 钨冶金
反应产生CO2气体从反应区内排出，同时二价铁、二价锰氧化 成高价，因此上述反应实际上是不可逆的。
反应产物的状态决定于过程的温度。在1073～1153K温度下， 产物为半熔融的(糊状)物质，1173～1273K则呈液态熔体。
当处理白钨精矿时，在配料时加入适量的SiO2，既可降低 Na2CO3的消耗和防止游离CaO的生成(白钨精矿在添加二氧化 硅条件下与碳酸钠反应)，又有利于提高后续过程钨的浸出率。 反应为: CaWO4+Na2CO3+1/2SiO2=Na2WO4+1/2Ca2SiO4+CO2↑ CaWO4+Na2CO3+SiO2= Na2WO4+Ca该方法为黑钨精矿中的钨与氢氧化钠溶液发生复分解反应转变
为可溶性钨酸钠，而与大量不溶性杂质分离的钨精矿分解方法， 其反应是: FeWO4+2NaOH=Na2WO4+Fe(OH)2↓ MnWO4+2NaOH=Na2WO4+Mn(OH)2↓ 黑钨精矿的碱分解主要有常压搅拌碱分解和加压碱分解工艺。 常压搅拌碱分解采用-0. 043mm粒级达98%的黑钨精矿粉， 氢氧化钠用量为理论量的200%，在383～393K温度下分解 8～12h; 加压分解采用-0. 043mm粒级达98%的黑钨精矿粉，苛性钠 用量为理论量的110%-150%，矿浆含NaOH 200～300g/l， 在453K温度下分解1h。 常压和加压碱分解工艺的黑钨精矿的分解率为98.5%～ 99.0%。
钨 稀有元素
钨稀有元素-概述说明以及解释1.引言1.1 概述钨是一种稀有元素，属于周期表中的第74号元素，化学符号为W。
它具有高熔点、高密度、高硬度等优良物理性质，因此在工业和科学领域有着广泛的应用。
钨的发现和开发历史悠久，其在现代社会中地位重要，但钨资源却相对稀缺。
本文将从钨的发现历史、物理化学性质、工业与科学应用、资源保护与开发以及未来发展趋势等方面对钨进行深入探讨，希望能够更全面地了解这一重要稀有元素的价值和意义。
1.2 文章结构文章结构部分:本文分为引言、正文和结论三部分。
在引言部分，将概述钨元素的基本信息，介绍钨的历史和发现，并明确本文的目的。
在正文部分，将详细讨论钨的发现与历史、钨的物理性质与化学性质，以及钨在工业与科学中的应用。
最后，在结论部分，将总结钨在现代社会中的地位，讨论钨资源的保护与开发，以及展望钨的未来发展趋势。
整个文章结构清晰，层次分明，有助于读者全面了解钨这一稀有元素的重要性和未来发展方向。
1.3 目的：本文旨在探讨钨这一稀有元素的重要性和广泛应用，介绍钨的发现与历史、物理性质与化学性质，以及其在工业与科学中的应用。
同时，分析钨在现代社会中的地位，探讨钨资源的保护与开发，以及钨的未来发展趋势。
通过本文的研究，旨在让读者更深入地了解钨这一稀有元素在人类社会中的重要性和未来发展的潜力。
部分的内容2.正文2.1 钨的发现与历史钨是一种稀有元素，它在自然界中并不常见。
钨最早是在青铜时代被发现的，当时人们并不知道这种物质的存在。
直到1783年，西班牙化学家德尔皮亚杰首次从一种新矿石中分离出了钨。
他将这种矿石命名为"沃尔芬矿"，后来被命名为钨矿。
在19世纪，随着化学分析和矿产学的发展，人们对钨有了更深入的了解。
南非、葡萄牙和康瓦尔的矿区开始开采钨矿，成为钨的主要生产地。
随着对钨的应用需求不断增长，钨的重要性也日益凸显。
它被广泛应用于灯丝、电机、工具和合金等领域。
钨的发现与历史不仅是对这种稀有元素的认识，也反映了人类对材料科学和工业发展的不断探索和进步。
有色金属冶金概论-钨冶金
➢8.1 概述
3. 钨的用途 钨广泛用于生产硬质合金、合金钢、耐磨和耐热合金、合金工
具钢、高速工具钢、热锻模具钢、结构钢、弹簧钢、耐热钢、磁钢、 军事、电子电工、催化剂、颜料、染料及媒染剂等，其中钨产量的 49～62%用于生产硬质合金，钨产量的20%用于钢铁工业。
➢8.1 概述
净化过程包括水解除硅、铵镁净化法除磷和砷、加Na2S 除钼。
➢8.3 钨酸钠溶液的净化和钨酸的生产
✓8.3.1 钨酸钠溶液的净化
CaWO4(s) + 2HC1(aq) = H2WO4(s) + CaCl2(aq) 该反应向右进行较彻底，反应结果钨以H2WO4形式留于沉淀物 中，其中也有未分解的白钨矿和SiO2。而钙及某些能溶解于盐酸中 的杂质则进入溶液。
盐酸分解法多应用于处理品位高（75% WO3以上）和含杂质少 的白钨精矿。
钨只有在加热状态下才能进行锻压、轧制成材和拉成细丝。
➢8.1 概述
✓8.1.1 钨的性质和用途
2. 化学性质 钨是元素周期表中第6周期VIB族元素，原子序数74，原子量
183.85，有0、+1、+2、+3、+4、+5、+6等多种价态。高氧化态钨 呈酸性，低氧化态钨呈碱性。
块状钨在常温空气中是稳定的；在400℃时表面形成蓝黑致密 的WO3保护膜；固体碳和含碳气体在800～1000℃时都会与钨反应 生成碳化钨。钨在常温时在盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸和王水中稳 定，但溶解于氢氟酸与王水的混合酸中。
CaWO4 + Na2CO3 + 1/2SiO2 = Na2WO4 + 1/2Ca2SiO4 + CO2 CaWO4 + Na2CO3 + SiO2 = Na2WO4 + CaSiO3 + CO2
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钨属于元素周期表第Ⅵ族副族，原子的最外层电子排布是5d46s2，氧化价从+2到+6价。
致密钨呈钢灰色，粗颗粒钨粉显深灰，直至超细钨粉显黑色，并皆具有金属光泽。
其熔点为3410±20℃，密度为19.3g/cm，，沸点为5700±200℃，其熔点是所有金属中最高的。
钨的导电性能好，电子逸出功较小。
在机械性能方面其硬度和抗拉强度极限都与加工及热处理情况杂质含量有密切关系。
常温下，钨在空气中十分稳定，在400℃轻微氧化，高于500-600℃则迅速氧化生成WO3，不与氢气发生作用，因而其热处理过程可在氢气保护下进行。
在氮气中致密钨到2000℃才发生反应。
炽热温度下，能与水蒸气作用生成WO2。
常温下，钨在任意浓度的盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸和王水中都是稳定的。
80~100℃下只与盐酸，硫酸发生微弱反应，硝酸与王水对它有明显的腐蚀，而在氢氟酸和王水混合酸中则迅速溶解。
常温下钨与碱溶液不发生反应，但在氧化剂(如KNO3等)存在下高温熔融，则钨与碱剧烈反应生成钨酸盐。
美国用喷雾干燥-流化床技术制备纳米WC粉体，其中间产物纳米金属钨粉体采用氧化钨（WO3）还原法制备。
此法先用喷雾干燥技术得到AMT粉体[(NH4)6·(H2W12O10)·4H2O]，再将AMT粉体在500℃Ar气氛中热解得到黄色的WO3粉体最后用纯度为99.999%的H2还原得到纳米金属W粉体。
当还原温度T<575℃时，得到β-W结构的纳米W粉，平均晶粒度为9nm；当T=575~650℃时，得到份β-W与α-W两种结构共存的纳米W粉体，平均晶粒度为10~15nm；而当T>650℃时，得到α-W结构的纳米W粉体，平均晶粒度为16nm。
Fecht曾指出，高能球磨法可将包括金属钨在内的体心立方(bcc)金属粉细化至纳米尺寸。
Wagner的实验结果表明，用高能球磨方法可制备出平均晶粒尺寸为5nm的金属钨粉体，但因钢球与球磨罐在球磨过程中沾染了W粉体，使其中含有杂质Fe。
如延长球磨时间，纳米W粉不再细化，含Fe量却不断增加直至生成无定型的Fe-W合金。
钨是稀有高熔点金属，属于元素周期系中第六周期（第二长周期）的VIB 族。
钨是一种银白色金属，外形似钢。
钨的熔点高，蒸气压很低，蒸发速度也较小。
它的主要物理性质如下：
元素符号&Nbsp; W
原子序数74
稳定同位素及其所占% 180(0.14)；182(26.41)；183(14.40)；184(30.64)；186(28.41)
原子体积9.53 cm3/mol
密度19.35 g/cm3
晶体结构及晶格常数
α-W：体心立方a=3.16524 nm（25℃）
β-W：立方晶格a=5.046 nm（630℃以下稳定）
熔点3410±20℃
沸点5927℃
熔化潜热40.13±6.67kJ/mol
升华热847.8 kJ/mol(25℃)
蒸发热823.85±20.9kJ/mol(沸点)
电阻温度系数0.00482 I/℃
热膨胀系数 4.6 ×10^(－6) ，[20～590℃]
电子逸出功 4.55 eV
热中子俘获面19.2 b
弹性模量35000~38000 MPA(丝材)
扭力模量～36000Mpa
体积模量 3.108×1011－1.579×107t+0.344×103t2 Pa
剪切模量 4.103×1011－3.489×107t+7.55×103t2 Pa
压缩性 2.910－7 cm/kg
钨有两种变型，α和β。
在标准温度和常压下，α型是稳定的体心立方结构。
β型钨只有在有氧存在的条件下才能出现。
它在630℃以下是稳定的，在630℃以上又转化为α钨，并且这一过程是不可逆的。