金属与非金属讲义.docxVIP

第一节 金属的冶炼 一、金属元素是指价层电子数较少，在化学反应中较易失电子的元素。现共有90种。位于元素周期表的左方或左下方，包括s区（除H外）、d区、ds区、f区的全部元素，及p区左下角的10种元素。 黑色金属（Fe、Mn、Cr、V、Ti及其合金） 按密度分：轻有色金属、重有色金属。4.5g/cm3 按价格分：贵金属（金、银、铂系金属）、贱金属 按性质分：准金属（介于典型的金属与典型非金属之剑的金属，分布于p区，有砷、硼、硅、硒和碲）、普通金属 按储量及分布等分：稀有金属和普通金属（划分不绝对） 各类金属由于其结构及性质方面的差异，它们在自然界的存在方式各有特点。少数性质极不活泼的金属，如金、银、汞、铂系等通常以游离态形式存在；性质稍有活泼的元素可以单质及化合态形式存在，如铁在自然界有铁矿石，也有陨石；第IA及IIA中的镁性质活泼，其卤化物大都溶解在海水和湖水中，少数埋藏于不受流水冲刷的岩石下面；过渡金属则主要以稳定的氧化物及硫化物形式存在。 二、从自然界索取金属单质的过程称为金属的冶炼，冶炼方法有火法和湿法两大类。一般来说，金属的冶炼分为三个过程——矿石的富集、冶炼和精炼。 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。 从图中可以看出，1凡DrGy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。如约在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。2稳定性差的氧化物DrGy负值小，稳定性高的氧化物DrGy负值大, 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。如铝热法，在1073K时Cr2O3能被Al还原。3生成CO的直线向下倾斜,这使得几乎所有金属的DrGy-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：根据金属的存在形式、金属还原过程的热力学及其它诸多因素，工业上冶炼金属的方法主要由热分解法、热还原法、电解法和氧化法。 1.热分解法 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- 2Ag2O===4Ag+O2- 将辰砂(硫化汞)加热也可以得到汞：HgS+O2===Hg+SO2- 2.热还原法 这是最常见的从矿石提取金属的方法。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-， 反应若需要高温，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，例如MgO+C====Mg+CO- 如果矿石主要成分是碳酸盐，也可以用这种方法冶炼。因为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。ZnCO3=△=ZnO+CO2- ZnO+C=△=Zn+CO 如果矿石是硫化物，那末先在空气中锻烧，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用高纯氢和纯的金属氧化物为原料，可以制得很纯的金属。WO3+3H2=W+3H2O 3金属热还原法（金属置换法）用一种金属做还原剂（往往是较活泼的金属）把另一种金属从其化合物中还原出来的情形。一般而言，那些还原能力强、成本低、处理方便、易于分离、不与产品金属形成合金的金属常被选定为还原剂，如钠、镁、钙、铝。如KCl+Na=NaCl+K- TiCl4+2Mg===Ti+ZMgCl2 3.电解法 排在铝前面的几种活泼金属，不能用一般还原剂使它们从化合物中还原出来。这些金属用电解法制取最适宜，电解是最强的氧化还原手段。对活泼的金属如铝、镁、钙、钠等用熔融化合物电解法制备。 4.氧化法 使用氧化剂制取金属单质的方法称为氧化法，如金、银的提取使用氰化法。 现介绍几种常见的金属精炼方法： 1.电解精炼:是广泛应用的一种金属精炼方法。电解时将不纯的金属做成电解池的阳极，纯金属做成阴极。常用此法精炼提纯的金属有Cu、Au、Pb、Zn、Al等。 2.气相精炼法：镁、汞、锌、锡等可用直接蒸馏法提纯。例如，粗锡中的锡和所含杂质具有不同的沸点，控制温度在锡的沸点以下，“杂质沸点”以上，可使杂质挥发除去。为了改善蒸馏条件，采用真空蒸馏是很适合的。 羰化法：是提纯金属的一种较新的方法。现以镍为例，羰化法提纯镍是基于镍能与一氧化碳生成易挥发并且也容易分解的一种化合物——四羰基