第19章金属通论课件.ppt

第19章 金属通论 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 思考题 习题 19-2 金属的提炼 19-2-1 金属还原过程的热力学 19-2-2 工业上冶炼金属的一般方法 19-2-3 金属的精练 19-3 金属的物理性质和化学性质 19-3-1 金属的物理性质 19-3-2 金属的化学性质 19-4 合金 19-4-1 低共熔混合物（低共熔合金） 19-4-2 金属固溶体（金属固态溶液） 19-4-3 金属化合物（金属互化物） 概述 　　金属通常可分为黑色金属和有色金属两大类 　　1、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)。 　　2、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： 　　(1)轻有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，如：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。 　　(2)重有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以上的有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、汞、锡等。 概述 　　(3)贵金属：这类金属包括金、银和铂族元素，由于它们稳定、含量少、开采和提取困难、价格贵，因而得名贵金属。 　　(4)准金属：半导体，一般指硅、硒、碲、砷、硼。 　　(5)稀有金属；自然界中含量很少，分布稀散、发现较晚，难以从原料中提取的或在工业上制备和应用较晚的金属。如：锂、铷、铯、钨、锗、稀土元素和人造超铀元素等。 金属还原过程的热力学 　　金属氧化物越稳定，则还原成金属就越困难，比较它们的生成自由能就可以知道。氧化物的生成自由能越负的，则该氧化物越稳定，而金属就越难被还原。 　　艾林汉在1944年首先用消耗1molO2生成氧化物过程的自由能变化对温度作图。根据： ?rG?=?rH?-T?rS? 的关系，只要?rS?不等于零，则?rG?将随温度的改变而改变。假如?rH?和?rS?为定值,则?rG?对绝对温度作图便得到一直线。直线的斜率等于反应的熵变。 　　只要反应物或生成物不发生相变（熔化、气化、相转变）?rG?对T作图都是直线。 金属还原过程的热力学 1．从图中可以看出， 凡?rG?为负值区域内 的所有金属都能自动 被氧气氧化，凡在这 个区域以上的金属则 不能。由图可知约在 773K以上Hg就不被 氧所氧化，而HgO只 需稍微加热，超过773K 就可以分解得到金属。 金属还原过程的热力学 　　2．稳定性差的氧 化物?rG?负值小， ?rG?-T直线位于图上方 ,例如HgO。稳定性高的 氧化物?rG?负值大, ?rG?-T直线位于图下方 如MgO。在自由能图中, 一种氧化物能被位于其 下面的那些金属所还原， 因为这个反应的?rG? 0。 例如，铝热法，在1073K 时Cr2O3能被Al还原。 金属还原过程的热力学 3．图中C+O2=CO2的 ?rS?≈0,反应2C+O2= 2CO ?rS?0,反应2CO+O2=2CO2 ?rS?0。三条直线交于983 K。高于此温度,2C+O2=2CO 的反应倾向大，低于此温度， 2CO+O2=2CO；的反应倾向 更大。 　生成CO的直线向下倾 斜,这使得几乎所有金属的 ?rG?-T直线在高温下都能与 C-CO直线相交。能够被碳 还原，碳为一种广泛应用的 优良的还原剂。` 工业上冶炼金属的一般方法 　　工业上的还原过程即称为冶炼，把金属从化合物中的还原成单质。由于金属的化学活泼性不同，要把金属还原成单质，需采取不同的冶炼方法，工业上提炼金属一般有下列几种方法： 　　一、热分解法 　　有一些金属仅用加热矿石的方法就可以得到。在金属活动顺序中，在氢后面的金属其氧化物受热就容易分解，如:HgO和Ag2O加热发生下列分解反应： 2HgO===2Hg+O2? 工业上冶炼金属的一般方法 　　二、热还原法 　　大量的冶金过程属于这种方法。焦炭、一氧化碳、氢和活泼金属等都是良好的还原剂。 　　1．用焦炭作还原剂 SnO2+2C===Sn+2CO2? 工业上冶炼金属的一般方法 　　2．氢热还原法 　　工业上要制取不含炭的金属常用氢还原法。 　　生成热较小的氧化物。例如，氧化铜、氧化铁等，容易被氢还原成金属。而具有很大生成热的氧化物，例如，氧化铝、氧化镁等，基本上不能被氢还原成金属。用高纯氢和纯的金属氧化物为原料，可以制得很纯的金属。 　　3．金属热还原法（金属置换法） 　　选择哪一种金属做还原剂，除?rG?来判断外还要注意下几方面情况； 　　(1)还原力强；(2)容易处理；(3)不和产品金属生成合金；(4)可以得到高纯度的金属；(5)其它产物容易和生成金属分离；(6)成本尽可能低，等等。 工业上冶炼金属的一般方法 　　通常用铝、钙、镁、钠等做还原剂，