1、工程技术上分： 黑色金属： Fe、 Mn、 Cr 有色金属 ,又分 : “重、轻、贵、稀、放 ” 金属的分类1物理性质 ： 光泽、密度、熔点、导电、导热、延、 2 化学性质 ： “金属性 ”是指： M-ze - M Z+ 金属的性质 化学性质上分：活泼金属、中等活泼金 属、不活泼金属。 展性、磁性、热胀冷缩 (但 Sb、 Bi相反 )与氧（空气）的作用 mM+O 2 M m O n 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。 钝化 :易被钝化的金属有： Cr、 Fe、 Ni、 Zn、 Al、 Si、 Sn等。水中 b(H + )=10
2、 -7 mol kg -1 ， 按能斯特方程式 :E(H + /H 2 )=-0.413V 高温下， Fe前金属皆可反应。 金属与 H 2 O的反应 M + nH 2 O M(OH) n + H 2 若 E(M n+ /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。 对于 金属 M：3Cu+8HNO 3 3Cu(NO 3 ) 2 +2NO+4H 2 O 金属与 酸 的反应 非 氧化性 酸 ： M+nH + M n+ +H 2 氧化性 酸 ： 含配位剂 的 酸 如王 水 金属与 碱 的反应 （ 实 质是与水的反应） 碱 中 b(OH -
3、)10 -7 mol . kg -1 。 所以 ,若金属的 E(M n+ /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)。 高温下的 置换 反应，可用 埃灵罕姆图 金属 间置换 反应 水 溶液 中的 置换 反应，可用活 动序或 Si+2FeO SiO 2 +2Fe Zn+Cu 2+ Cu 2+ +Zn 电极电 势 E判断 ,如 : 判断 ,如 :金属 元素 的氧化 还原 性质是 他们 的重 要 K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni K Ca Na Mg Al Z
4、n Fe Ni Sn Pb Sn Pb （ H H） Cu Hg Ag Au Cu Hg Ag Au 金属活泼性顺序 它 的 依据 是金属电极电 势 。 因此 ， 它 金属的氧化物 还 有一 个 氧化 还原顺序 ， 特性。 例如熟知 的 金属活 动顺序 ： 仅适 用 于在 水 溶液 中的情 形 。 罕姆图给出 ， 而且随 温度的不 同而 不 同 。 适 用 于 高温下的反应。 这个顺序由埃灵作 法 ： 讨论 ： r G m y 值越负 ，反 即 金属的氧化反应与温度的 关系 。 埃灵罕姆 ( r G m T） 图 y 各 T 对 应的 值 ， r G m y 绘图 。 按 吉 -亥 方程 计算
5、出 物 越 稳定。 应 自发 性 越强 ，氧化所以 ， 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+Fe 2 O 3 Al 2 O 3 +Fe 2Al+Cr 2 O 3 Al 2 O 3 +2Cr Si+2FeO SiO 2 +2Fe据此 ， 冶 金 生 产 中 应用 Ca、 Al、 Mg、 Si、 Mn等 做 脱 氧 剂 。 按 埃灵罕姆图 ， 在 Ca Mg Al Ti Ca Mg Al Ti Si Mn Si Mn Na Cr Zn Fe H Co Ni Cu Na Cr Zn Fe H Co
6、Ni Cu 金属氧化物的稳定性 反应活泼性 顺序 是： 773K，金属与氧的CO 2 助燃和铝 热 实 验都 可 以从埃灵罕姆图 CO 2 +2Mg 2MgO+C Fe 2 O 3 +2Al Al 2 O 3 +2Fe 中 找到答案 ：按 右 图 ， 碳 的 还原 性 强 弱 随 温度的 升 高 而 ； 在 1000K时 ， C、 Mg、 Al的 还原 能 力由强 到弱 的 顺 序 是 ； 在 2000K时 ， Mg 还原 Al 2 O 3 。 解 ： 增 强 ； Mg、 Al、 C； 例题 ： 不能。主族金属元素Li Sr Cu Ca NaLi K Na 它们 的金属活泼性： Li Na K
7、 同 族 ， 由 上 而 下 增 强 。 但是， 由于 LiOH溶 解 性 差 而 表现 较 弱 。过渡金属元素包括 d和 ds区 元素 （不 含 La以 外 的 镧 系 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Y Zr NbMoTc Ru Rh Pd AgCd La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg 1 结 构 特 征 ： (n-1)d 1-10 ns 1-2 (Pd例 外 ) 2 物理性质： 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 。 和锕 系 ）分 成三 个 过渡 系 ： 活泼性 ：一 过渡
8、 系 二 、 三过渡 系 （ B特 殊 ： ）； 密度 大 ，属 重金属； 导电、导热 良好 。 3 化学性质 都 有 可 变 氧化 值 (间 隔 1， 3d 5 后降低 )； 易 成 配合 物，作 中 心离子 有电 子未满 的 (n-1)d轨道 ； 水 合 离子大多 有色 （与 未 对 d电 子 有 关 ）。Cu 2+ 、 Co 3+ 、 Ni 2+ 及 其 氨 合 物的 颜 色： 部 分 过渡 元素 水 合 离子 的 颜 色：它们 是： KMnO 4 、 K 2 Cr 2 O 7 、 CoCl 2 、 FeCl 3 、 NiNO 3 、 CuCl 2 、 Cr 2 (SO 4 ) 3 它们
9、 是： ZnS、 MnS、 CdS、 As 2 S 3 、 Sb 2 S 3 、 SnS 2 、 Bi 2 S 3 再举 一 些 金属的 盐 溶液 ， 如 ： 又 如 ：Co(H 2 O) 6 Cl 2 CoCl 2 +6H 2 O 粉红 色 兰 色 其 中 Co 2+ 有下 列平衡 ： 根 据 Co 2+ 的 这 种 特性， 把它 用 于 硅胶 小制作： “晴雨花 ” 干燥 剂 ：金属（特 别 是 过渡 金属） 元素 的水 合 离 Ag + 、 Zn 2+ 、 Cd 2+ 、 Sc 3+ 、 Ti 4+ （无色） Cu 2+ （蓝色）、 Ti 3+ （紫色） Ni 2+ （绿色） Cr 3+
10、 （蓝紫）、 Co 2+ （粉红） Fe 2+ （淡绿） * Mn 2+ （淡红） *、 Fe 3+ （淡紫） * 0 1 2 3 4 5 水合离子颜色 未成对 d电子数 * Fe 2+ 、 Mn 2+ 常无色， Fe 3+ 常呈黄或褐色。 它们 为什么 有色 ？ 电 子构型 中 都 有 未成 对 d电 子 。 例如 ： 子 有色的 原因 是 由于这 些 元素 的 离子外层 K + 、 Ca 2+ 等 都无 色， 而 Fe、 Mn、 Ti的 离子却都 有色。 例题 ： 简单 说明 ： Mg和 Ti原 子 的 最 外层都 是 2个 电 子为 什么 Ti的氧化 数 有 +2、 +3、 +4而 Mg
11、却 只 有 +2； Cr的密度、 硬 度、熔点 都 比 Mg高； Fe、 Mn、 Ti原 子 的 外层 电 子构型 中 都 解 ： Mg的 外层 电 子构型为 3s 2 而 Ti为 3d 2 4s 2 。 Cr的 外层 电 子构型为 3d 5 4s 1 ， 价 电 子多 ， 电 子构型 中 则没 有 未成 对 d电 子 ， 因而 无 色 。 有 未成 对 d电 子 ， 而 K + 、 Ca 2+ 的 原 子 的 外层 金属 键 强 ， 所以 密度、 硬 度、熔点高； 化 值 ； d电 子 可 以 参 与反应， 所以 Ti有 多 于 +2的氧 钛 轻、 强 、高、稳， 无 磁性， 去 气 剂 ；
12、 TiO 2 金 红 石 、 钛白 粉 可 做 白 色 填料 。 铬 硬 度 最 大 (9),熔点高； 耐 蚀 ； 几种重要金属及化合物 Cr 2 O 3 铬绿 ， 颜 料 、 磨料 ； CrO 3 铬酐 ， 强 氧化性；2CrO 4 2- +2H + HCrO 4 - Cr 2 O 7 2- +H 2 O Cr 2 O 7 2- Cr 3+ K 2 Cr 2 O 7 红 矾钾 ，是 常 用氧化 剂 。 在 Cr 6+ 的化 合 物皆有 毒 ， 2Cr 2 O 7 2 +3C 2 H 5 OH+16H + 3CH 3 COOH+4Cr 3+ +11H 2 O 检查 是 否酒 后 开车 ： 而
13、Cr 3+ 的化 合 物 毒 性较 小 。 溶液 中与 K 2 CrO 4 存 在如 下 平衡 ：KMnO 4 不稳定 ,其 分 解 反应 : 2KMnO 4 K 2 MnO 4 +MnO 2 +O 2(g) 4KMnO 4 +4H + 4 MnO MnO 2 2(s) +2H 2 O+3O 2(g) 硬 而 脆 ； 吸 气； KMnO 4 常 用氧化 剂 。 锰 MnO 4 Mn 2+KMnO 4 的 还原产 物与 介 质 有 关 ： KMnO 4 +5Na 2 SO 3 +3H 2 SO 4 2MnSO 4 +5Na 2 SO 4 +K 2 SO 4 +3H 2 O (浅 粉 色 或 无
14、色 ) KMnO 4 +3Na 2 SO 3 +H 2 O MnO 2 +3Na 2 SO 4 +2KOH (棕 色 ) 2KMnO 4 +Na 2 SO 3 +2KOH 2K 2 MnO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O (绿 色 )锰 的 比 色分 析 法 （分光光度 法 ） 就 是 根 2Mn 2+ +14H + +5BiO 3 2MnO 2MnO 4 4 +5Bi 3+ +7H 2 O 据 MnO MnO 4 4 的 紫 红 色 来 进行鉴 定的。稀土元素电 子层 结 构 B： (n-1)d 1 ns 2 Ln： (n-2)f 1-14 (n-1)d 0-1 ns 2 1 通 性
15、原 子和离子 半径 镧 系 收 缩 ： 是指 Ln的 原 子和离子 半径比 过渡 元素 如 ： 57 La 71 Lu15个元素 半径 缩 小 14pm; 55 Cs 56 Ba2 个元素 半径 缩 小 45pm; 21 Sc 22 Ti 缩小 15pm。 更 缓慢 缩 小 。镧 系 收 缩的 后 果 是 ： 6周期的 原 子 半径 质相 似 而 有 别 于 一 过渡 系 。 与 5周期的 十 分相 近 ； 二 、 三过渡 系元素 性 水 合 Ln 3+ 离子 的 颜 色 4f x 与 4f 14-x 构型 的 离子未成 对 电 子 数 相 同 ， 与 未成 对 4f电 子 有 关 : 如 :
16、 La( 4 f 0 ) Ga( 4 f 7 ) 颜 色 变 化 出 现 重 复 。 因而 水 合 离子颜 色 也 相 同 。 Lu( 4 f 14 ) Ga( 4 f 7 )吸 气性 好 ， LaNi 5 是 优 良 贮氢材料 ； RE(OH) 3 碱 性 如 M(OH) 2 ， 溶 解 度 更 小 RE的 硝 、 硫 、 溴 酸 盐 、 氯 化物可 溶 ； 草 、 碳 酸 盐 、 氟 化物 难溶 。 活泼金属， 强还原剂 ，活泼性相 当 于 Mg；易氧化，氧化物 无 保护 作用（ 存 于 煤油 ）； 燃 点 低 （ 200 ）， 燃 烧 时 放 热 量 大 ； 2化学性质应用 混 合 稀
17、土 （ RE）可 大大 改善 合 金 3 应用 冶 金工 业 的 “ 维 生 素 ” 石油 化工中 主 要 用 做 催 化 剂 可 锻 性等。 球 化； 改善 延展性， 提 高 抗 氧化能 力 、 性能： 脱 O、 S、 H； 氮 化物 细 化， 石墨CeO 2 用 来脱 色、 抛 光； Pr 2 O 3 、 Nd 2 O 3 用 于 着 色（ 红 、 绿 ）； La 2 O 3 高 折射率 、 低 散射 的 玻璃纤 维 ； 用 于 光学 窥镜 ； Y 2 O 3 、 Dy 2 O 3 用 于 激 光 窗 、 红外 窗 、 高温 炉窗 ； 玻璃陶瓷 工 业 中LaNi 5 是 贮氢材料 ; Y
18、-Ba-Cu-O 是 超 导 材料 ； 其他 仪 ） 进 入太 空， 进行 反物质的 探测 。 Nd-Fe-B合 金 称 “ 永 磁 王 ” ，是 我国 此 外 ，稀 土 在 核 工 业 、 环 保 方 面 皆有 研制 成 功 的。 98年装 于 AMS( -磁 应用。在 金属 材料 中，有 许 多 具 有特 殊 性能 的 合 金， 如 ：轻质 合 金、 硬 质 合 金、 贮 氢 合 金、 形 状记忆 合 金等等。 形 状记忆 合 金 被 称 为 金属中的 “魔 术 记忆合金记忆合金 像人 有 记忆 力 一 样 “记住 ”自 己 的 形 状 。 师 ”， 因 为 它 有一 种 神奇 的特性：
19、它 能我 们这 里看 到 的 就 是 形 状记忆 合 金 这 种 性质可 以 为 人类 作 什么 事吗 ？ 的一 种 奇 特 表现 。 你 能 想象 到 ， 它 的我 们 再 看另 一 个同 样 有 趣 的 实 验 ： 这 种 合 金是 由 Ti和 Ni各 50%组 成 的。 这 变 化 时 便 会 有 对 应的 晶 形出 现 。 这 两种 晶体 有一 转 变 温度。 所以 ，温度 种 合 金 具 有 立 方 体 和 菱 形 两种 晶体 结 构 ，我 们 用 动 画 来 模拟 这 种 晶 形 的 转 变 ： 它 的 宏观效 果就 是： 这 就 是 “魔 术 师 ”的 本领之 所在 ！轻质合金
20、轻质合金 轻质合金 以 轻金属 为 主 要 成 分的 合 金。 铝 合 金 ：密度 小 ， 强 度高。 “硬 铝 ”耐 蚀 ， 可用 于 车 ，不用 于 船 。 钛 合 金 ：密度不 大 ， 强 度 很 高， 抗蚀 性 好 耐 高、 低 温（ -200-500 ）， 无 磁性，可用 于 船 ； 可用 于 飞机 ：硬质合金 以 硬 质化 合 物（ TiN、 AlN、 硬质合金 硬质合金 硬 质 合 金用 于 制 作 刀具 、 钻具 、 模具 等。 具 有 硬 度高、 耐 磨 性 好 ；高 强 度、 高 韧 性。 结 相的 复 合 材料 。 TiC、 WC、 SiC） 为 硬 质相， 以合 金 为
21、 黏贮氢合金 贮氢合金 贮氢合金 以其 可 逆 的 吸氢 作用， 使 生 成 固体 氢 化物， 把 大 量 倾 气 贮存 其 内 的 金属 或合 金。 如 ： LaNi 5 3H 2 +LaNi 5 LaNi 5 H 6 在 2 3 10 5 Pa压 力 下 就 能可 逆 进行 。 金属 Ti贮氢 ，密度可 达 液 氢 的 4倍 。 微 热 TiH 2 即 分 解 ， 释 放 出 氢 。金属材料现在仍然是最重要 金属材料现在仍然是最重要 的材料。一个世纪以来，它正 的材料。一个世纪以来，它正 在被新型材料所替代。然而， 在被新型材料所替代。然而， 金属材料不会金属材料不会 “退出历史舞台 退出历史舞台 ” ” ， ， 它正在以新的面貌展现在人类 它正在以新的面貌展现在人类 面前，供人们取用。为此，人 面前，供人们取用。为此，人 类需要付出很多的努力。 类需要付出很多的努力。 这就是自然资源的辩证法。 这就是自然资源的辩证法。
