西昌学院：《无机化学》课程教学资源（PPT课件）第十九章 金属通论

Chapter19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 上页下页 节首节尾

1 Chapter19 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

19.1概述 ●自然界存在和人工合成的金属已达0多种，按不同的标 准分类。 黑色金属Fe、Cr、Mn及其合金) 金属 密度：轻有色金属和重有色金属 价格：贵金属和贱金属 有色金属 性质：准金属和普通金属 储量及分布：稀有金属和普通金属 上页下页节首节尾

2 19.1 概述 金属 黑色金属(Fe、Cr、Mn及其合金) 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 ⚫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

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： 轻有色金属：一般指密度在4.5g/cm以下的 有色金属，如：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。 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。 上页 节首 节尾

3 ⚫ 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。 ✓ 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

√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。 √准金属：半导体，一般指硅、硒、碲、砷、硼。 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。 上页下页 节首节尾

4 ✓ 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。 ✓ 准金属：半导体，一般指硅、硒、碲、砷、硼。 ✓ 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

19.2金属的提炼 金属的提炼-从自然界索取金属单质的过程。 金属的提炼过程矿石的富集、冶炼和精炼。 矿石富集方法手选、水选、磁选和浮选。 金属的冶炼方法干法和湿法两大类。 金属的精炼粗金属根据纯度要求再进行的精制。 上页下页 节首节尾

5 金属的提炼-从自然界索取金属单质的过程。 19.2 金属的提炼 金属的提炼过程-矿石的富集、冶炼和精炼。 矿石富集方法-手选、水选、磁选和浮选。 金属的冶炼方法-干法和湿法两大类。 金属的精炼-粗金属根据纯度要求再进行的精制

19.2.1金属还原过程的热力学 ●从图中可以看出 20 2HgO 凡△G为负值区域内 2AgO 的所有金属都能自动 2Cu2O 20 2C0+02C02 被氧气氧化，凡在这 03 个区域以上的金属则 C02 不能。由图可知约在 2CaO 773K以上Hg就不被 2C0 氧所氧化，而HgO只 100 需稍微加热，超过773K 就可以分解得到金属。 631073147318732273 T/K 上页 下页 节首 节尾

6 19.2.1 金属还原过程的热力学 ⚫ 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

● 稳定性差的氧化物△，G9 20 2HgO 负值小，△G9-T直线位 2Ag.O 于图上方，例如HgO。 4Fe04+O2→6Fe93 2Cu20 2NiO 稳定性高的氧化物△，GP负 -200 2C0+0*2C02 值大，△G.-直线位于图 ,0 C02 下方如MgO。 2MnO 在自由能图中，一种氧化物 600 子妈 <2ca0 能被位于其下面的那些 2C0 金属所还原，因为这个 反应的△，<0。例如， 铝热法，在1073K时 120间 Cr2O,能被Al还原。 22 673 1073147318732273 T/K 上页 下页 节首 节尾

7 ⚫ 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

●图中 +20 2HgO 反应C+02=C0的△，S9-0, 2AgO 反应2C+02=2C0的△S9>0, 4f04+02+6fe 2Cu0 反应2C0+02=2C02△S9<0。 2C0+02C0 2NIO 三条直线交于983K。 0 C0 高于此温度，2C+02=2C0的反应倾向大， 2MnO 低于此温度，2C0+02=2C02的反应倾向更 Mgo <2Ca0 2C0 大。 生成C0的直线向下倾斜，这使得几乎所有金 属的△，G.T直线在高温下都能与C-CO直线 124 相交。能够被碳还原，碳为一种广泛应用的 6亦1314318穷22穷 优良的还原剂。 983K T/K 上页下页 节首 节尾

8 ⚫ 图中 反应C+O2=CO2的rS≈0, 反应2C+O2= 2CO的 rS>0, 反应2CO+O2=2CO2rS<0。 三条直线交于983K。 高于此温度,2C+O2=2CO的反应倾向大， 低于此温度,2CO+O2=2CO2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。 983K

19.2.2工业上治炼金属的一般方法 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，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 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： 2Hg0==2Hg+021 将辰砂（硫化汞）加热也可以得到汞： HgS+O2===Hg+S02个 上页 下页 节首 节尾

9 19.2.2 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，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 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 将辰砂(硫化汞)加热也可以得到汞： HgS+O2===Hg+SO2

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.炭热还原法 反应需要高温，常在高炉和电炉中进行。所以这种冶炼金属 的方法又称为火法治金！ 氧化物矿： Sn02+2C=-=Sn+2C021 MgO+C====Mg+Co个 碳酸盐矿：一般重金属的碳酸盐受热时都能分解为氧 化物，再用焦炭还原。 硫化物矿：先在空气中锻烧，使它变成氧化物，再用 焦炭还原，如从方铅矿提取铅： 2PbS+302==2pb0+2$021 Pbo+C===Pb+COT 10 上页 下页 节首 节尾

10 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．炭热还原法 反应需要高温，常在高炉和电炉中进行。所以这种冶炼金属 的方法又称为火法冶金. 氧化物矿: SnO2+2C===Sn+2CO2 MgO+C====Mg+CO 碳酸盐矿:一般重金属的碳酸盐受热时都能分解为氧 化物，再用焦炭还原。 硫化物矿:先在空气中锻烧，使它变成氧化物，再用 焦炭还原，如从方铅矿提取铅： 2PbS+3O2===2PbO+2SO2 PbO+C===Pb+CO