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kkkkk ggggg 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 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/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。 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， 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?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 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? 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(常用Na、Mg、Ca、Al)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。 铝是最常用的还原剂即铝热法。 Cr2O3 + 2Al=Al2O3+2Cr ΔrGθ= -622.9KJ.mol-1 铝容易和许多金属生成合金。可采用调节反应物配比来尽量使铝完全反应而不残留在生成的金属中。 　　钙、镁一般不和各种金属生成合金，因此可用作钛、锆、铪、钒、铌、钽等氧化物的还原剂。