第六章金屬元素化學與材料

2021-03-04 09:44:35 字數 5024 閱讀 2340

6.1 金屬單質的物理性質

6.1.1 熔點、沸點和硬度

物理性質:熔沸點高,從上到下金屬鍵增強,從左到右先增強再減弱。密度大,從左到右密度增大,從上到下密度增大,大都是重金屬元素;硬度大,金屬鍵越強,硬度一般越大。

導電導熱性好。w是金屬中熔沸點最高,cr是金屬中硬度最大。

化學性質:

從上到下活性下降,第一過渡系》第二過渡系》第三過渡系; 從左到右活性下降,但d5另外。前過渡元素活性雖高,但由於表面易形成緻密氧化物而鈍化,僅mn後的第一過渡元素能與氧化性酸作用,cr與非氧化性酸緩慢作用。重過渡元素通常不與氧化性酸作用,有些連王水也不反應。

水合離子大都有色。

氧化物的水合物的酸鹼性

形成配合物能力極強:尤其是右下的重過渡系元素。

鉻族元素及其化合物

價層電子(n-1)d5ns1(w:5d46s2)

存在與製備:大都以含氧礦存在,也可硫化物存在。

fe(cro2)2 cr3+cr2o3cr

mwo4h2wo4wo3w

高熔點,高硬度,高強度,耐腐蝕性

與酸鹼作用:cr與hf,hcl易作用(親o,f能力極強),與濃h2so4,hno3鈍化,與naoh作用

2hcl + cr = crcl2+ h2

cro3:酸性氧化物,強氧化性;cr2o3:兩性, 還原性。wo3,moo3: 酸性氧化物

4cro3 + 3c2h5oh= 3ch3cooh+ 2cr2o3 +3h2o

cr2o3 + 6h+ =2cr3+ + 3h2o

cr2o3 + 2oh- =2cro2- + h2o

多酸:在酸性條件下,鉻酸鹽易發生聚合成重酸

2cro42- + 2h+ = cr2o72- + h2o

鉻酸鹽與硫酸鹽相似,但均有色,且均可溶於酸中

鉻的配合物:硬酸易與含f,o,n的酸體作用;crf63-, cr(nh3)63+ ,cro5

鉬和鎢更易形成多酸。

錳族元素及其化合物

價層電子:(n-1)d5ns2

存在與製備:大都以含氧礦存在,也可硫化物存在。

mno2 mn2+mn

與酸鹼作用:mn易與非氧化性酸或氧化性酸作用,甚至在適當高溫下與水作用放出氫氣,在空氣中也可與naoh作用

2h2o +mn = mn(oh)2+ h2

3mn + 8hno3 = 3mn(no3)2 + 2no + 4h2o

2mn + 3o2 + 4oh- = 2mno42- + 2h2o

mn2o7:酸性氧化物,油狀液體,強氧化性;mno2:氧化性,還原性。mno: 鹼性氧化物

mno2+ 4h+ + 2cl- =mn2+ + 2h2o+ cl2

mno + 2h+ =mn2+ + h2o

含氧酸鹽:均表現強氧化性,酸性條件下產物mn2+,近中性產物mno2, 強鹼性產物mno42-; mno42-酸中不穩定,會發生歧化; mno4- 也易分解;mn2+ 在鹼中表現一定的還原性。

3mno42- + 4h+ = 2mno4- + mno2 + 2h2o

錳的配合物:d5半充滿,故形成酸合物能力較差,只有在強酸體如**- 存在時才形成。 mn(**)64-

鐵系元素

viii族包括元素:fe, co, ni, ru, rh, pd, os, ir, pt,其中前三種元素性質極為相似,且均屬第一過渡系稱為鐵系元素,後六種均為***稱為鉑系元素。

鐵系元素中因d軌道電子數增多而使d電子穩定化,因而容易失去外層4s電子而化學性質極為相似,差異是從左到右d電子越來越難失去;而鉑系元素則因重過渡元素高氧化態趨向穩定。

存在:鐵系多以含氧礦存在,但氧化態+2時也可以硫化物存在。鉑系則可以單質、含硫礦存在。

物理性質:金屬鍵強,熔沸點高,從左到右因d電子穩定性高,參與成鍵趨勢減少,故熔沸點下降;從上到下金屬鍵增強,熔沸點公升高;導電導熱性好,硬度較大;鐵系元素單質和合金及一些化合物是鐵磁性材料

化學性質:

$ 單質的活潑性從上到下減弱,第一過渡系元素可與非氧化性酸作用,第二過渡系可與氧化性酸作用,而第三過渡系元素只能與王水作用,甚至王水也不能溶解。

co + 2hcl = cocl2 + h2

**d + 8hno3 = **d(no3)2 + 2no + 4h2o

**t + 4hno3 + 18hcl = 3h2ptcl6 + 4no + 8h2o

$ 氧化物:feo(黑),fe3o4(黑),fe2o3(紅),coo(灰綠),co3o4(黑) co2o3(黑),nio(綠),ni2o3(黑);因d電子數增多,極化能力都較強,故氧化物都有較深的顏色;低氧化態的還原性從左到右減弱,從上到下增強,高氧化態的氧化性從左到右增強,從上到下減弱。

化學性質

$ 氧化物

feo(fe2o3) + h2o + 2o22- = feo42- + 2oh-

2coo + h2o + o22- = co2o3 + 2oh-

fe2o3 + 2i- + 6h+ = 2fe2+ + i2 + 3h2o

co2o3 + 6h+ + 2cl- = co2+ + cl2 + 3h2o

$ 氫氧化物:fe(oh)2(白), co(oh)2(粉), ni(oh)2(綠), fe(oh)3, co(oh)3(黑), ni(oh)3(黑);低氧化態強還原性,尤其在鹼性環境下;高氧化態在酸性環境下氧化性強,其氧化還原性與氧化物相似。

$ 配合物:極易形成配合物,且從上到下越易形成配合物,從左到右越易形成配合物。

$ 配合物:

ncs-配合物:低氧化態易與s配位,高氧化態與n配位穩定,fe(ncs)n3-n(血紅), co(s**)42-(蘭)。

**-配合物:均非常穩定,fe(**)64-, fe(**)63-, co(**)63-, ni(**)42-。

滷離子配合物:高氧化態親f,低氧化態親cl, br; fef63-, fecl4-, cocl42-

nh3配合物:co, ni的各氧化態親nh3,面fe2+,fe3+難與nh3成配;co(nh3)62+, co(nh3)63+, ni(nh3)62+

co配合物:低氧化態時形成,fe(co)5, co2(co)8, ni(co)4

$ 一些鹽類及離子檢驗:硫酸鹽復鹽m(i)2so4.m(ii)so4.6h2o, fe2+, fe3+, co2+, ni2+ 檢驗

銅鋅族元素通性

銅鋅族元素名:cu, ag, au,zn, cd, hg

價電子和價軌道:(n-1)d10ns1,(n-1)d10ns2; (n-1)d ns np nd

主要氧化態:cu族:+1,+2,+3 zn族:+1,+2

成鍵特點:

$ 失去部分電子形成陽離子;氧化態可變,氧化態間一般相差1

$ 接受電子對形成配合物, (n-1)d軌道上電子也可反饋而形成鍵

$ 18e或接近18e電子構型,易與s2-形成化合物。

存在:主要以硫化物礦存在,au以單質存在,cu,zn也可以含氧酸鹽成礦。

與nh3:與第六週期元素的親合力較弱,其餘均較強。形成的配合物除cu(nh3)42+可屬dsp2外,其餘均屬sp類雜化。

典型配合物:ag(nh3)2+,zn(nh3)42+,hgnh2cl

與**-:均形成非常穩定的配合物,其中,cu,au因高氧化態的氧化性而均只形成+i氧化態配合物。均為sp類雜化。

典型配合物:cu(**)32-,m(**)2-(m=ag,au),m(**)42-(m=zn,cd,hg)

與s2-:僅限於hg2+可與s2-形成配合物hgs22-。

agx,hgcl2,hg2cl2,cuso4.5h2o,zncl2,znso4.7h2o

cu(i)──cu(ii), hg(i)──hg(ii)

$ 沉澱法:cu++h+──歧化,cu2++cu+2x-──2cux↓, hg22+ + s2- = hgs↓ + hg↓

$ 配合物法:cu2++**-──cu(**)32-+(**)2, hg22+ + 4**- = hg(**)42- + hg

$ 氧化還原法:hg + hg2+ = hg22+, 4cu(nh3)2+ + o2 + 8nh3 + 2h2o= 4cu(nh3)42+ + 4oh-

配合物基本概念

配合物定義:由富電子原子或原子團提供孤電子對或離域電子與缺電子原子或離子(中心原子)按一定組成和空間結構所形成的化合物。

配合物的組成:

外界:無配位鍵,與內界以離子鍵結合,起電荷平衡的那部分。

內界:形成配位鍵的集團那部分

中心原子:形成配位鍵時接受電子的原子或離子

配位原子:形成配位鍵時直接向中心原子提供電子的原子

配體:有配位原子的離子、分子

配位數:直接與中心原子形成配位鍵的配位原子數目。

中心原子:凡有低能量空軌道的原子或離子均可作為中心原子,但一般是金屬尤其是金屬陽離子,金屬陽離子中又尤以過渡金屬陽離子形成配合物能力最強,因為其價層空軌道能量最低。

中心原子電荷越高,離子半徑越小,也即電荷密度越高,吸引配體能力越強,越易形成配合物

配合物形成能力還與電子構型有關:9~17e>18e,18+2e>8e

配體:凡有孤電子對或離域電子的富電子分子或離子均可作配體,配位原子一般是非金屬原子。配體的分類多種多樣,其中按配體中配位原子數目進行分類最常見:單齒配體,雙齒配體和多齒配體。

配位數的計算:與中心原子直接成鍵的配位原子的數目。

配位數與中心原子:

中心原子的價軌道決定其允許的最大配位數

中心離子正電荷高有利於形成高配位數

中心離子半徑小有利於形成大配位數,但過小也不利於形成大配位數

中心原子的半徑大有利於形成大配位數,但過大配位數也會降低

配位數與配體:配體的半徑越大配位數越小,負電荷越高配位數也越小。

配合物的命名

總體命名順序:某化物(簡單陰離子)或某酸某(複雜陰離子) ;

配合物內界命名順序:配體數目+配體+合+中心原子(中心原子氧化態以羅馬數字表示)

配體命名順序:(靠前的規則必須滿足)

先無機配體後有機配體:[co(en)2(nh3)2]3+

先陰離子配體後中性配體:[pt(nh2)(nh3)cl2]-

配位原子的英文本母順序:[pt(py)(br2)cl]-

配位原子上連線原子數少的優先[pt(nh3)3nh2oh]2+

第六章金屬及金屬材料測試題

相對原子質量 fe 56 cu 40 h 1 一 選擇題 把正確答案案序號填入下表,每小題2分,共32分 世界衛生組織把鋁確定為食品汙染源之一。鋁的下列應用必須控制的是 用鋁合金制門窗 用鋁合金制飛機材料 用金屬鋁製裝碳酸飲料的易拉罐 用金屬鋁製電線 把一根潔淨的鐵釘放在稀硫酸中 在鐵釘表面產生氣泡...

第六章金屬結構工程

說明一 金屬構件不論在附屬企業加工廠或現場製作均執行本定額 現場製作需搭設操作平台,其平台攤銷費按本章相應專案執行 二 本定額中各種鋼材數量均以型鋼表示。實際不論使用何種型材,估價表中的鋼材總數量和其他工料均不變。三 本定額的製作均按焊接編制的,定額中的螺栓是在焊接之前臨時加固螺栓,區域性製作用螺栓...

第六章第六章財務計畫

6.1 資金 投資比例餅圖 希吉雅食品責任 成立初期,準備籌集資金100萬元。發起人自投60萬元,申請大學生創業貸款30萬元,10萬元尋求投資,企業固定資產作投資160萬元,向銀行貸款100萬元。共計註冊資本360萬元。投資比例如圖所示 圖8 1 投資比例 創業自籌資金由創業者個人以其個人名義籌集的...