第五章金属范例.pptx

第五章 金属元素与金属材料 Chapter 5 Metallic Elements and Metallic Materials 北方工业大学机电学院 5.1 金属元素概述 在已知的112种元素中，有90种金属元素 北方工业大学机电学院 一、金属的物理性质及分类 北方工业大学机电学院 工程技术上分：黑色金属：Fe、Mn、Cr 有色金属,又分: “重、轻、贵、稀、放” 化学性质上分：活泼金属、中等活泼金 属、不活泼金属。 北方工业大学机电学院 金属最主要的化学性质是容易失去电子变成正离子： “金属性”是指： M-ze-→MZ+ 二、金属元素的化学性质 不同的金属，在与氧、水、酸、碱的反应，金属间反应中表现出不同的性质。 北方工业大学机电学院 1. 与氧（空气）的作用 ①一般情况： 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。 北方工业大学机电学院 ②钝化(passivation):是使金属表面转化为不易被氧化的状态 易被钝化的金属有： Cr、Fe、Ni、Zn、Al、Si、Sn等。 能否钝化和金属表面形成的氧化膜的致密度有关 北方工业大学机电学院 水中b(H+)=10-7mol·kg-1， 按能斯特方程式:E(H+/H2)=-0.413V 2. 金属与H2O的反应 M + nH2O → M(OH)n + H2 若E(Mn+/M)-0.413V,金属即可与水反应;若反应产物M(OH)n难溶，可起保护作用。高温下，Fe前金属皆可反应。 北方工业大学机电学院 3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2+2NO+4H2O 3.金属与酸的反应 ①非氧化性酸： M+nH+→Mn++H2(g) ②氧化性酸： ③含配位剂的酸 如王水 金属与酸的作用通常用金属活动性顺序或电动序来判断 北方工业大学机电学院 4. 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。 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)。 北方工业大学机电学院 5. 金属间置换反应 ①水溶液中的置换反应，可用活动序： 实质就是金属元素的氧化还原性质。 这是他们的重要特性。 北方工业大学机电学院 ②高温下的置换反应，可用埃灵罕姆图 Si+2FeO→SiO2+2Fe 判断,如: Zn+Cu2+→Cu2++Zn 也可用电极电势E 判断,如: 它们仅适用于在水溶液中的情形。 它是适用于高温下的氧化还原顺序， 随温度的不同而不同。 北方工业大学机电学院 ΔrGm值越负，反应自发性越强，氧化物越稳定。 即金属的氧化反应与温度的关系。 按吉-亥方程计算出 各T 对应的ΔrGm值，绘图。 ? ? 北方工业大学机电学院 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。如： 2Al+Fe2O3→Al2O3+Fe 2Al+Cr2O3→Al2O3+2Cr Si+2FeO→SiO2+2Fe 北方工业大学机电学院 按埃灵罕姆图，在 反应活泼性顺序是： 773K，金属与氧的 据此，冶金生产中 应用Ca、Al、Mg、Si、Mn等做脱氧剂。 北方工业大学机电学院 我们见过的铝热实验 Fe2O3+2Al→Al2O3+2Fe CO2（干冰）助燃的实验都可以从埃灵 罕姆图中找到答案： 北方工业大学机电学院 CO2+2Mg→2MgO+C 北方工业大学机电学院 主族金属元素 北方工业大学机电学院 过渡金属元素 北方工业大学机电学院 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： Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg 1、 结构特征： (n-1)d1-10ns1-2 (Pd例外) 如：Mn—3d5 4s2 Mo—4d5 5s1 Ag —4d105s1 北方工业大学机电学院 2、物理性质 ① 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。 北方工业大学机电学院 ①活泼性：一过渡系二、三过渡系↑ （ⅢB特殊：↓）； ② 密度大，属重金属； ③