有色金属轻金属重金属课件.ppt

Chemistry on Metals&Metallic MaterialsChapter 8金属化学与材料金属化学与材料第第8章章 (3)了解金属材料及合金的类型了解金属材料及合金的类型1)了解金属的分类与资源了解金属的分类与资源2)掌握金属的物理性质和化学性质掌握金属的物理性质和化学性质本章教学要求本章教学要求制作:张思敬等28.1 8.1 金属的分类与资源金属的分类与资源8 8.2.2 金属金属的性质的性质8 8.3.3 金属及合金材料金属及合金材料 制作:张思敬等3 金属及合金具有许多可贵的加工性能和使用性能，在国民经济和科学技术各领域得到了广泛的应用本章在化学反应的基本原理和物质结构的基础上，具体讨论金属及合金的一些重要性质，简略介绍有关工程上常用的金属及合金材料、新型功能材料以及纳米材料引言引言:制作:张思敬等4 在迄今发现的109种元素中，金属有87种，非金属22种其实，金属和非金属之间并没有严格的界线位于元素周期表p区中的B-Si-As-Te-At这一对角线附近的一些元素，其性质介于金属和非金属之间，称为准金属8.1 8.1 金属的分类与资源金属的分类与资源制作:张思敬等5黑色金属和有色金属黑色金属和有色金属（非铁金属）。

黑色金属包括铁、锰、铬及其合金；有色金属系指铁、锰、铬元素以外的所有金属8.1.1 8.1.1 金属分类金属分类轻金属轻金属和重金属重金属密度小于5gcm-3的金属称为轻金属，如铝、镁、钾、钙、锶、钡、钛等密度大于5gcm-3的金属称为重金属，如铜、铅、锌、镍、锑、锡、钴、铋、镉、汞等制作:张思敬等6低熔点金属低熔点金属和高熔点金属高熔点金属低熔点金属多集中在s区、p区和第B族；高熔点金属多集中在d区稀有金属稀有金属在自然界含量很少，分布分散，发现较晚，或提取困难，在工业上应用较晚的金属，如锂、铷、铯、铍、镓、铟、铊、锗、锆、铪、铌、钽、铼及稀土元素贵金属贵金属像银、金以及铂族元素（钌、铑、钯、锇、铱、铂），其化学性质特别稳定，在地壳中含量很少，开采和提取都比较困难，所以一般价格较贵制作:张思敬等7丰度丰度:自然界中，金属元素一般以矿物形式存在铁在地壳中的含量仅占5.6%，次于氧（46%）、硅（28%）和铝（8.2%），居第四位8.1.2 8.1.2 金属资源金属资源产量产量:Cu、Zn、Pb占有重要地位，Ni、Sn、Sb、Co、Cd、Bi和Hg的产量也占有相当重要的地位制作:张思敬等8矿物类型及分布矿物类型及分布:铂族金属，除了部分砂铂矿外，大多伴生于硫化铜镍矿中；稀土元素则主要以磷酸盐矿存在，如独居石。

我国的内蒙古包头地区储藏有丰富的稀土资源，是生产稀土金属的重要基地澳大利亚等国也有丰富的稀土矿物资源金属储量金属储量:钨、锑和稀土元素储量我国均属世界首位锰、锡、汞、铅、锌、铁、钛等金属的储量也居世界前列，为我国国民经济建设提供了丰富的物质基础制作:张思敬等9延展性延展性导电性导电性导热性导热性过渡金属水合离子的颜色过渡金属水合离子的颜色8.2 8.2 金属的性质金属的性质由于金属晶体具有紧密堆积结构和自由电子的存在，因此金属具有许多共同的物理性质8.2.1 8.2.1 金属的物理性质金属的物理性质制作:张思敬等101.延展性延展性 金属具有延性，可抽成丝；同时金属又具展性，可压成薄片也就是说金属具有良好的机械加工性能当金属受外力作用时，金属晶体中各层粒子间易当金属受外力作用时，金属晶体中各层粒子间易发生相对滑动，但是，由于自由电子的不停运动，发生相对滑动，但是，由于自由电子的不停运动，各层之间仍然保持金属键的联系，虽然金属发生各层之间仍然保持金属键的联系，虽然金属发生变形，但不致断裂，故而表现出良好的延展性变形，但不致断裂，故而表现出良好的延展性制作:张思敬等11 2.2.熔点、沸点、硬度熔点、沸点、硬度图8-1、图8-2及图8-3分别列出了一些单质的熔点、沸点和硬度的数据。

图8-1单质的熔点/注：摘自D.R.Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,71st ed,CRC Press.Inc.,19901991*：系在加压下制作:张思敬等12族附近金属单质的熔点较高族附近金属单质的熔点较高，熔点最高的金属是钨（3410）自第自第族向左右两边延伸，单族向左右两边延伸，单质的熔点趋于降低质的熔点趋于降低汞的熔点最低:-38.842，铯的熔点:28.40从图8-1可以看出，金属单质的熔点差别很大金属单质的熔点差别很大通常说的耐高温金属耐高温金属是指熔点等于或高于铬的熔点（1857）的金属制作:张思敬等13 图8-2单质的沸点/注：摘自D.R.Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,71st ed,CRC Press.Inc.,19901991*系在减压下升华 *系在加压下制作:张思敬等14 图8-3单质的硬度*注：摘自浙江大学编（第四版）第287页，高等教育出版社，1995*以金刚石等于10的莫氏硬度表示这是按照不同矿物的硬度来区分的，硬度大的可以在硬度小的物体表面刻出线纹。

这十个等级是:1.滑石，2.岩盐，3.方解石，4.萤石，5.磷灰石，6.冰晶石，7.石英，8.黄玉，9.刚玉，10.金刚石制作:张思敬等15硬度较大的金属也位于族附近铬是硬度最大的金属（其莫氏硬度为9.0），而位于族两边的金属，单质的硬度趋于减小见图8-3）金属单质的沸点变化大致与熔点的变化类似沸点变化大致与熔点的变化类似钨也是沸点最高的金属见图8-2）金属键的强弱金属键的强弱与金属的原子半径、核对外层电子的作用力金属的原子半径、核对外层电子的作用力以及原子中参与成键的价电子数以及原子中参与成键的价电子数的多少有关以上诸变化规律实际上是由金属键的强弱决定的制作:张思敬等16从族的碱土金属向右进入d区副族金属，原子半径逐渐减小，参与成键的价电子数增多（d区元素的次外层d电子也可作为价电子），核电荷增大,对外层电子的作用力逐渐增强，金属键也增强，熔点、沸点逐渐升高族元素原子的价电子数目（ns电子和(n-1)的d电子）最多，都可参与成键，加之原子半径较小，所以这些金属单质的熔点、沸点最高族以后，参与成键的价电子数又逐渐减少，因而金属的熔点、沸点又逐渐降低每一周期开始的碱金属，是同周期中原子半径最大，价电子数最少，核电荷最少的，对外层电子的作用力较小，金属键较弱，故熔点较低。

制作:张思敬等17图8-4列出了一些单质的电导率数据金属都能导电，处于p区金属分区对角线附近的金属如锗是半导体半导体银、金、铜、铝、钠等有良好的导电性，其中银导电性最好银导电性最好，但银、金是贵金属，价格昂贵，仅用于某些电子器件的接插点因此，常用铝代替铜制造电工材料金属的导电性受温度和纯度的影响金属的导电性随温金属的导电性随温度的升高而降低度的升高而降低；金属的纯度越高，导电性越好金属的纯度越高，导电性越好3.3.导电性导电性制作:张思敬等18过渡金属的离子通常在d轨道上有未成对电子，可见光区域中某些波长的光即可使电子激发，发生d-d电子跃迁，吸收可见光的一部分而让其余的光透过或散射出来，故呈现不同的颜色4.4.过渡金属水合离子的颜色过渡金属水合离子的颜色过渡金属的水合离子常显示出一定的颜色，例如，水合铜（）离子呈蓝色，水合镍（）离子呈绿色，水合钴（）离子呈桃红色等等与此相反，主族元素金属的相应离子是无色的如果离子中无d电子或d电子都已配对，如d0、d10等就比较稳定，不易被激发这些离子一般无色，如Sc3+、Ag+、Zn2+等制作:张思敬等19 由于金属的电负性电负性较小，在化学反应中总是倾向于失电子，因此金属单质最突出的化学性质是还原性还原性。

金属单质的还原性与金属的活泼性虽然并不完全一致，但总的变化趋势还是服从元素周期律的8.2.2 8.2.2 金属的化学性质金属的化学性质制作:张思敬等20 这是因为同一周期从左到右，有效核电荷依次增多，电子层数不变，核对外层电子的引力增强，使原子半径逐渐减小，金属失电子更趋困难，故还原性减弱在长周期中，副族金属元素的有效核电荷和原子半径变化没有主族元素显著，因而金属单质还原性的变化不如主族元素那样明显，甚至彼此还原性较为接近1.1.金属单质还原性的周期性变化金属单质还原性的周期性变化同一周期从左到右金属单质的还原性逐渐减弱，短周期减同一周期从左到右金属单质的还原性逐渐减弱，短周期减弱较快，而长周期减弱较慢弱较快，而长周期减弱较慢制作:张思敬等21同一主族从上到下，金属单质的还原性依次增强同一主族从上到下，金属单质的还原性依次增强因为从上到下金属的核电荷数虽然依次增多，但外层电子受到的有效核电荷增加不多而且原子半径在增大，两者相比较原子半径的影响更为显著，故下层的金属更易失电子，金属单质的还原性更强制作:张思敬等22 金属的活泼性与金属的还原性大小不完全一致，一些还原性较强的金属在特定的条件下表面易形成致密的氧化物保护膜而表现出“不活泼性”，钛、铬、镍、铝等金属就是其中典型的例子，这往往是动力学因素造成的。

副族（副族（族除外）金属单质的还原性从上到下有减弱族除外）金属单质的还原性从上到下有减弱的趋势制作:张思敬等23（1）s区金属与氧作用：与氧作用：s区金属较活泼，具有很强的还原性，易被空气中的氧氧化，除了可生成正常氧化物（如Li2O，MgO）外，还能生成过氧化物（如Na2O2，BaO2）和超氧化物（如KO2，BaO4）离子型过氧化物与水或酸反应生成过氧化氢例如：Na2O2（s）+2H2O（l）=2NaOH（aq）+H2O2（aq）BaO2（s）+2HCl（aq）=H2O2（aq）+BaCl2（aq）过氧化物和超氧化物都是强氧化剂，遇到棉花，木炭或铝粉等还原性物质会发生爆炸，使用时要倍加小心2.2.金属单质与氧、水、酸、碱的作用金属单质与氧、水、酸、碱的作用制作:张思敬等24 过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质，遇水可放出氧气，利用这种性质，将超氧化物装在面具中，可供高空和潜水人员使用例如：4KO2（s）+2H2O（g）=4KOH（s）+3O2（g）人呼出的C O2又可以被氢氧化钾吸收KOH（s）+CO2（g）=KHCO3（s）过氧化物、超氧化物也可以直接与CO2作用并放出氧气例如：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O24KO2+2CO2=2K2CO3+3O2制作:张思敬等25 与水作用：与水作用：s区金属能与水作用，置换出氢气并生成相应的氢氧化物。

例如：2Na（s）+2H2O（l）=2NaOH（aq）+H2（g）锂、铍和镁与水的作用较慢，主要是生成的氢氧化物难溶于水，覆盖在金属表面上，阻碍了反应的进一步进行s区金属当然更易与酸反应，并产生氢气，但反应过于激烈，无法控制，故禁止使用制作:张思敬等26 p区金属的还原性较s区弱常见的p区金属如铝、锡、铅、锑、铋等除铝较活泼外，其余金属在空气中无明显作用铝虽活泼，但铝表面的氧化膜致密，因此铝在空气中很稳定p区金属大都能与非氧化性酸作用，置换出氢气例如：Sn（s）+2HCl（aq）=SnCl2（aq）+H2（g）铅与酸作用，例如Pb（s）+H2SO4（aq）=PbSO4（s）+H2（g）由于产物难溶于水，阻碍反应进一步进行，故铅可做耐硫酸设备2）p区金属 铝也能与稀酸反应，但在浓硝酸中很稳定（形成保护膜而发生钝化），因此可用纯铝容器储存浓硝酸，用纯铝管管道输送浓硝酸制作:张思敬等27Fe（s）+2HCl（aq）=FeCl2（aq）+H2（g）（3）d区和ds区金属 d区和ds区金属单质的还原性差别较大第四周期金属（铜除外）的标准电极电势的代数值均为负值，但比s区金属的值要大，它们不能与水作用，但能从非氧化性稀酸中置换出氢气。

例如：铜能与氧化性酸作用例如：3Cu（s）+8HN。