第19章 金属通论
无机化学第四版(北京师范大学大学等)答案——下册[1].
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第19章金属通论19-1举例说明哪些金属能从（1）冷水，（2）热水，（3）水蒸气，（4）酸，（5）碱中置换出氢气，写出有关的反应式并说明反应条件。
1、解：2Na + 2H2O = 2NaOH+ H2↑Mg+ 2H2O= Mg(OH)2↓ + H2↑3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑2Al + 2OH- + 6H2O = 2[Al(OH)4]-19-2 已知在 973K 时，2CO + O2 = 2CO2 ; △r Gθ= -398 kJ.mol-12Ni + O2 = 2NiO; △r Gθ=-314 kJ.mol-1试计算该温度下CO + NiO = Ni +CO2的△r Gθ值，并对照图19-1说明在该温度下能否用CO 还原NiO制取Ni 。
2、解： 2CO + O2 = 2CO (1)2Ni + O2 = 2NiO (2)CO + NiO = Ni + CO2 (3)(3) =2)2()1(-∆rGθ =2) 314(398---= -42kJ•mol-1CO的自由能比NiO的低，∆rGθ< 0 故可以使用CO还原NiO 制取Ni19-3下图是几种金属硫化物的埃林汉姆图。
（1）请解释图中各条线形状变化的意义；（2）据图，若从硫化物中提取金属，适宜的还原剂和温度条件各如何？(1)1/2C + S = 1/2 CS2(2)Hg + S = HgS(3)2/3 Bi +S = 1/3 Bi2S3(4)H2 +S = H2S(5)Pb +S = PbS3、解：线1中，随着温度的升高，刚开始时吉布斯自由能呈上升趋势，但当温度达到一定值后，随着温度的升高，吉布斯自由能反呈下降趋势。
斜率发生了变化，是因为温度升高，发生了相变，出现了熵增，因而∆rGθ下降。
线2线3相似，起始随温度的升高，∆rGθ增加，达到一定温度后，随着温度的增加，∆rGθ增加的速度更快，斜率加大，出现了熵增。
北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室《无机化学》(第4版)(下册)-第19章 金属
第19章 金属通论19.1 复习笔记一、概述1．金属元素概念金属元素是指那些价层电子数较少，在化学反应中较易丢失电子的元素。
2．金属的分类常见金属分类如图19-1所示。
图19-1 常见金属分类示意图二、金属的提炼1．金属的提炼金属的提炼是指从自然界索取金属单质的过程。
一般，金属的提炼分为矿石的富集、冶炼和精炼三个过程。
2．金属还原过程的热力学（1）一般，金属氧化物越稳定，的负值越大，金属越难被还原。
（2）自由能-温度图①将氧化物的生成自由能对温度作图，这种图称为自由能-温度图，又称埃林汉姆图；②从自由能-温度图中可获得某些金属氧化物分解的适宜温度，寻找适宜的还原剂。
3．工业上冶炼金属的一般方法根据金属的存在形式、金属还原过程的热力学及其它诸多因素，工业上冶炼金属的方法主要有热分解法、热还原法、电解法和氧化法。
（1）热分解法热分解法适用于、辰砂等少数不活泼金属化合物：（2）热还原法热还原法是最常见的从矿石提取金属的方法。
由于所用的还原剂不同，可分为碳热还原法、氢热还原法和金属热还原法。
①碳热还原法碳热还原法是指用C 或CO 做还原剂的冶炼金属的方法：由于大多数碳酸盐在高温下易发生热分解生成氧化物，制备过程：对硫化物，先将矿石在空气中煅烧使之转化为氧化物，再用碳还原：碳热还原法的缺点是制得的金属中往往含有碳和碳化物，得不到较纯的金属。
②氢热还原法氢热还原法主要用于制备少量的纯金属：③金属热还原法（金属置换法）金属热还原法是指用一种金属做还原剂把另一种金属从其化合物中还原出来的方法。
如：用铝做还原剂制取其它金属的方法称为铝热法：（3）电解法电解法主要用于从化合物中制取活泼金属，通常是电解其熔融盐：（4）氧化法氧化法是指使用氧化剂制取金属单质的方法，如金银的提取。
4．金属的精炼常用的金属精炼方法有：电解精炼、气相精炼和区域熔炼。
（1）电解精炼电解精炼是指电解时将不纯的金属做成电解槽的阳极，薄片纯金属做成阴极，通过电解在阴极上得到纯金属的方法。
第十九章金属通论精选课件
硅铝酸盐
（3）氧化物及硫化物：过渡金属
问题：金属元素在自然界中有哪几种主要存 在形式？
❖ 少数贵金属以单质或硫化物。（如Au、Ag、 Hg、铂系）
❖ 轻金属：氧化物和含氧酸盐。（如以CO32- 、 PO43- 、 SO42-）
钾钙 钪钛 钒 铬锰铁钴镍 铜 锌镓锗砷硒 溴氪
5 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc44 Ru 45 Rh 46 Pd 47Ag 48Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe
铷锶 钇 锆铌 钼 锝 钌 铑钯银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙
通常随着温度的增高而增大
通常随温度的增高而减小
5．大多具有展性和延性
大多不具有展性和延性
6．固体金属大多属金属晶体 固体大多属分子型晶体
7．蒸气分子大多是单原子的
蒸气（或气体）分子大多是双原 子或多原子的
物理性质 金属光泽：
❖ 重－ 金属：氧化物、硫化物、SiO32－、CO32
绿柱石 闪锌矿
辉锑 矿
软锰矿 黑钨矿
19-2 金属提炼
19-2-1 金属还原过程的热力学 以氧化物为基础，ΔfG越负，
氧化物越稳定，T.P下同一类型氧 化物的ΔfG越负，越难得到金属。
埃林汉姆
图（氧化
金
物自由
属
能—温度
还
图）：
原
作用：
的
1）找出氧
（2）Mg可还原 Al2O3生成Al，能否发生Al 还原MgO生成Mg的反应？上述两个还原 过程的温度范围是多少？
《金属通论》课件
04
金属的冶炼与加工
金属的冶炼
火法冶炼
通过高温熔炼、氧化还原、蒸馏 等方法，将矿石中的金属元素以
液态或气态形式提取出来。
湿法冶炼
利用酸、碱、盐等化学试剂，通过 溶解、沉淀、萃取等方法，将矿石 中的金属元素分离出来。
电化学方法
利用电解原理，将矿石中的金属元 素在电极上还原或氧化成金属单质 的过程。
金属的焊接与切割
钎焊
采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将母材和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度， 利用液态钎料润湿母材和填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接。
火焰切割
利用燃气与氧气混合燃烧产生的热能将金属切割成所需形状和尺寸。
金属的焊接与切割
激光切割
利用高能激光束照射金属表面，使局 部金属迅速熔化或汽化，同时用高速 气流将熔化或汽化的金属吹走，实现 切割。
日常生活中的应用
餐具
金属餐具如不锈钢刀叉、勺子等在日常餐饮中广泛应用，具有美 观、耐用和易于清洗的特点。
家居用品
金属在家庭用品中也有广泛应用，如金属晾衣架、金属储物架等 ，具有结实、美观和易于安装的特点。
电子产品
金属在日常生活中常见的电子产品中也有广泛应用，如手机、电 脑等电子设备的机身和内部结构件。
01
02
03
金属的热膨胀
金属受热时，体积会膨胀 ，这是因为金属内部的原 子或分子的运动速度会增 加。
金属的热传导
金属具有良好的热传导性 ，热量可以迅速地从一个 部分传导到另一个部分。
金属的热容
金属的热容是指金属在温 度升高或降低时吸收或释 放热量的能力。
金属的电学性质
金属的导电性
金属是电的良导体，因为金属内部的自由电子可以在 电场的作用下流动。
2021年安徽化学竞赛无机19第19章金属通论
金属
黑色金属 (Fe、Cr、Mn及其合金) ( 钢铁：铁碳合金)
有色金属
密度：轻有色金属和重有色金属 价格：贵金属和贱金属 性质：准金属和普通金属
储量及分布：稀有金属和普通金属 4
黑色金属包括铁、锰和铬以及它们 的合金，主要是铁碳合金(钢铁)；
有色金属是指除去铁、铬、锰之外 的所有金属。有色金属大致上按其 密度、价格、在地壳中的储量和分 布情况、被人们发现以及使用的早 晚等分为五大类
轻金属：氧化物和含氧酸盐 (如以CO32- 、 PO43- 、 SO42-)，如镁，钙，钡等元素；
过渡金属元素: 稳定的氧化物或硫化物
如Fe3O4, Cu2O, ZnS, FeS2, CuSFeS p区金属：硫化物 (Bi2S3, Sb2S3, PbS等)
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19-2 金属的提炼
金属的提炼: 从自然界存在化合物中得到金属单 质的过程；
2021年安徽化学竞赛无 机19第19章金属通论
2020/9/16
金属和非金属两大类
2
19-1 概述 19-2 金属的提炼 19-3 金属的物理性质和化学性质 19-4 合金
3
19-1 概述
1、金属元素：指价电子数较少，在化学反应中容 易失去电子的元素，处于周期表的左方及左下方。 自然界存在和人工合成的金属已达90多种，按不同 的标准分类；
Mg 可还原 Al2O3生成Al的温度范围 273 ～1673 K Al 还原MgO 生成 Mg的温度在1673 K 以上。 (3) 为什么用C作还原剂还原金属氧化物时，产物是CO？ CO生成线向下倾斜，即温度越高，越易生成CO
14
19-2-2 工业上冶炼金属的一般方法 工业上提炼金属一般有下列几种方法： 热分解法、热还原法、电解法。
19章 金属通论
19-4-2 金属固溶体(金属固态溶液) 19金属固溶体(金属固态溶液) 金属固溶体:一种均匀的组织,又称固态溶液.固溶体中被 溶解的金属(溶质)可以有限或无限地溶于基体金属(溶剂) 的晶格中.根据溶质原子在晶体中所处的位置分类:置换固 溶体,间隙固溶体和缺位固溶体.
19-4-3 金属化合物(金属互化物) 19金属化合物(金属互化物) 当两种金属元素的电负性, 当两种金属元素的电负性,电子构型和原子半径差别较大 时,则易形成金属化合物,又称金属互化物. 则易形成金属化合物,又称金属互化物. "正常价"化合物:如Mg2Pb,组成固定,化学键介于离 正常价"化合物:如Mg Pb,组成固定, 子键和共价键之间. 子键和共价键之间. 电子化合物:大多数的金属化合物,组成可变, 电子化合物:大多数的金属化合物,组成可变,以金属键 结合, 结合,特征是化合物中价电子数与原子数之比 有一定值. 有一定值. 合金材料与组成它的金属性质有较大差别. 合金材料与组成它的金属性质有较大差别.是重要的功能 材料和结构材料. 材料和结构材料.
三,区域熔炼
将要提纯的物质放进一个装有移动式加热线圈的套管内,强热 熔化一段小区域,形成熔融带.将线圈沿管路缓慢移动,熔融 带随之移动,由于混合物的熔点总比纯物质地,因此杂质缓慢 汇集在熔融带,随线圈移动转移到末端,即可除去,经多次区 域熔炼,可得到杂质含量低于10-12的超纯金属.
19-3 金属的物理性质和化学性质 1919-3-1 金属的物理性质 19-
19-2 金属的提炼 19金属提炼分三个过程:矿石的富集,冶炼,精炼 金属提炼分三个过程:矿石的富集,冶炼, 19-2-1 金属还原过程的热力学 19埃林汉姆图:氧化物自由能埃林汉姆图:氧化物自由能-温度图 ΔG=ΔHΔG=ΔH-TΔS 假定ΔH和ΔS为定值,ΔG对温度作 假定ΔH和ΔS为定值,ΔG对温度作 图便得一直线. 斜率发生变化,是由于一定温度下 发生的相变.
第19章金属通论-PPT文档资料
IVB 2 2 Ti
VB
23 41
钙
3 8 Sr
钪
39
钛
钒
VIB VIIB V 2 4 Cr 2 5 Mn
26
铬
4 2 Mo
锰
43
铁
76
VIII 2 7 Co Fe
28 46 78
钴
45 77
镍 钯 铂
IB 2 9 Cu Ni
IIB 3 0 Zn
铝
31 49
硅 锗
50
Si
磷 砷
51
P
硫
52 84
S
氯 溴
第19章 金属通论
学习目的:
1.初步了解金属的一般物理化学性质； 2.了解金属冶炼的方法和现状，掌握艾林汉姆 （ Ellingham ）图的意义及使用方法； 3.了解合金的基本知识。
学习重点:
Ellinghan图的原理、分析和应用
学习难点:
Ellinghan图的原理、分析和应用
No Image
一、元素分类：
7 0 Yb
铽 锫
镝
钬 锿
铒 镄
铥 钔
镱 锘
镥
Lu
8 9 Ac
9 0 Th
镤
Pa
铀
U
镎
钚
9 5Am
9 6 Cm
98
锔
锎
Cf
9 9 Es 1 0 0Fm 1 0 1 Md
1 0 2No 1 0 3 Lr
铹
No Image
三、金属的分类
96种
自然界存在70（68）种（三种准金属）实为67种 人工合成29种（Ge Sb Po三种准金属） 黑色金属：Fe、Mn、Cr及其合金 有色金属：除Fe、Mn、Cr及其合金以外的所有金属 按密度分：轻有色金属、重有色金属； 按价格分：贵金属、贱金属；
分析化学第19章金属通论
氧化态变化
在化学反应中，金属的氧 化态可能会发生变化，影 响其化学性质。
金属的配位态
配位态定义
配位效应
金属与配位体形成的配位键合物的状 态。
金属的配位态对其化学性质具有重要 影响。
配位体
提供孤对电子与金属离子配位的分子 或离子。
金属的氧化态和配位态在分析化学中的应用
元素分析
通过测定金属的氧化态 和配位态，可以确定金 属元素的组成和含量。
金属的化学性质
金属的化学性质表现在与非金属、金 属、水、酸、碱等反应的能力。例如 ，钠是一种非常活泼的碱金属，能够 与水发生剧烈的反应，释放出氢气。
02
金属的氧化态和配位态
金属的氧化态
氧化态定义
金属在化合物中的化合价 或氧化程度。
氧化态规律
金属的氧化态通常与其在 周期表中的位置和电子构 型有关。
金属元素的分析化学通则概述
金属元素在自然界中 广泛存在，具有重要 的工业和科学价值。
金属元素的分析化学 通则包括金属元素的 性质、分离和测定方 法等。
分析化学是研究金属 元素及其化合物的定 性和定量分析的科学。
金属元素的分析化学通则的应用
在地质学中，分析化学用于测定岩石、矿物和土壤中的金属元素含量，以研究地球 的化学组成和演化历史。
分析化学第19章金属通论
• 金属的分类与性质 • 金属的氧化态和配位态 • 金属离子的分离与鉴定 • 金属元素的分析化学通则 • 金属元素在环境中的存在与迁移
01
金属的分类与性质
金属的分类
01
02
03
按周期表分类
根据金属在周期表中的位 置，可以分为碱金属、碱 土金属、过渡金属等。
按性质分类
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准金属
• • • • 一般指Si、Se、Te、As、B。 其物理化学性质介于金属与非金属之间。 性脆，是热、电的不良导体 电负性在1.8~201之间。
稀有金属
• 通常指在自然界中含量少，分布稀散，发 现晚，难以从原料中提取的或在工业上制 备和应用较晚的金属 • 锂、铷、铯、铍、钨、钼、钽、铌、钛、 铪、钒、铼、铟、铊、锗、稀土元素和人 造超铀元素等。 • 许多稀有元素比普通金属元素含量还要多。
19.2 金属的提炼
• 1、主要内容：介绍了金属还原过程的热力 学和工业冶金的一般方法 • 2、基本概念和知识点：艾林汉图，金属冶 金的热分解法、还原法、电解法，金属的 精炼 • 3、能力要求：了解艾林汉图，理解金属冶 金的热分解法、还原法、电解法，金属的 精炼
艾林汉姆图
• 艾林汉姆1944年，他首先将氧化物的生成 自由能对温度作图，后又对硫化物、氯化 物、氟化物作类似的图，这种图称为自由 能---温度图 • 艾林汉姆图是用消耗1mol氧生成氧化物过 程的标准自由能变对温度作图的。 • 图中截距为△rHO，斜率为－ △rSO，斜率 的变化是由于反应物或生成物发生了相变。
艾林汉姆图
• 由艾林汉姆图可知： 可找出某些金属氧化物分解的适宜温度。 即△rGO＞0的区域 • 寻找适宜还原剂。一种氧化物能被位于其 下方的那些金属或其它还原剂所还原。 • 利用艾林汉姆图中的△rGO判断氧化还原反 应的自发方向时，是指在平衡条件下，且 不涉及反应速率和机理
工业上冶炼金属的一般方法
• 109种元素中 金属87种， 准金属5种， 非金属17种
金属分类
• 黑色金属---包括铁、锰、铬及它们的合金 • 有色金属---指除铁锰铬之外的所有金属
有色金属的分类
• • • • • 轻有色金属 重有色金属 贵金属 准金属 稀有金属
轻有色金属
• ρ＜4.5g/cm3 (AI、Mg、Na、Ca、Sr、Ba） • 其特点是ρ小，化学性质活泼，与O、S、C、 X容易反应。
重有色金属
• 一般指ρ＞4.5g/cm3以上的有色金属。其中 有Cu、Ni、pb、Zn、Co、Sn、Sb、Hg、 Cd、Bi等
贵金属
• 包括Au、Ag、Pt族元素（铂、铱、锇、钌、 铑、钯） • 它们的特点是密度（10.4~22.4g/cm3 ）， 熔点高（1189~3273K），化学性质稳定。
19 金属通论
本章学习目的与要求：
• 学习金属的存在、性质、冶炼及合金知 识。 本章的重点是用结构知识说明金属的物 理性质、化学性质。 本章要求了解合金知识，金属冶炼的方 法及现状。理解金属结构与金属的物理 性质、化学性质的关系。掌握艾林汉图 的意义及使用方法。
•
•
19.1 概 述
• 1、主要内容：介绍了金属的存在、分类 • 2、基本概念和知识点：有色金属、黑色金 属、轻有色金属、重有色金属、贵金属、 准金属、稀有金属 • 3、能力要求：了解金属的存在、分类
• 热分解法 2HgO===2Hg+O2 • 热还原法 碳还原法：SnO2+2C===Sn+2CO 氢还原法：GeO2+2H2O===Ge+2H2O 金属还原：KCl+Na==NaCl+K 2RbCl+Ca===CaCl2+2Rb
2CsAlO2+Mg===MgAl2O4+2Cs
19.3 金属的物理和化学性质
• 1、主要内容：介绍了金属的一般物理、化 学性质，超导材料的特性 • 2、基本概念和知识点：临界温度、临界磁 场、临界电流 • 3、能力要求：了解金属的一般物理、化学 性质，超导材料的特性
16.4 合 金
• 1、主要内容：介绍了合金的定义和合金的 种类 • 2、基本概念和知识点：合金、低共熔合金、 金属固熔体、金属互化物 • 3、能力要求：了解介绍了合金的定义和合 金的种类