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金属和金属盐的分类及用途.doc
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金属和金属盐的分类及用途
1.金属的分类
人们根据金属的密度把金属分为重金属和轻金属。重金属的密度大于4.5 g/cm3,轻金属的密度小于4.5 g/cm3。
冶金工业上还常常把金属分为黑色金属和有色金属。黑色金属有三种:铁、锰、铬。它们或它们的合金的表面常有灰黑色的氧化物,所以称这类金属为黑色金属。除铁、锰、铬以外的金属称为有色金属。有色金属又可以分为九大类:
①重金属:铜、铅、锌等;②轻金属:铝、镁等;
③轻稀有金属:锂、铍等; ④难熔稀有金属:钨、钛、钒等;
⑤稀散金属:镓、锗等; ⑥稀土金属:钪、钇及镧系元素;
⑦放射性金属:镭、锕等; ⑧贵金属:金、银、铂等;
⑨碱金属:钾、钠等。
2.几种常见和重要的金属
(1)钠
钠不能以游离态存在于自然界,因为它的化学性质很活泼,因此在自然界,钠存在于许多无机物中(如***化钠、碳酸钠、硫酸钠、***钠、硼酸钠等)。在海水、矿泉水、盐湖水中有可溶性钠盐。地壳中含有2.63%化合形式的钠,其含量在元素中占第6位。23Na是惟一的天然同位素,还有6种人工放射性同位素:20Na、21Na、22Na、24Na、25Na、26Na。
钠能与许多气体发生反应:①在空气中120 ℃时着火,160 ℃以下氧气不足时反应的主要产物是Na2O,250~300 ℃与足量氧气反应生成的是Na2O2和少量的NaO2。②与H2室温下不反应,200~350 ℃时反应生成NaH。③与N2在任何温度下不反应。有在放电条件下反应生成氮化钠和叠氮化钠的报道。④与CO2在室温下反应很慢,但燃烧的钠与CO2反应迅速,在控制条件的情况下这种反应可生成甲酸钠、草酸钠。有在撞击条件下钠与CO2(s)反应发生爆炸生成碳化钠的报道。⑤与N2O反应生成Na2O。在氧化氮中燃烧生成***钠和连二***钠的混合物。
钠能与H2O反应,也能与酸、盐溶液反应。钠能与熔融碱反应,如Na+KOH K+NaOH,2Na+NaOH=Na2O+NaH。
图 3-2 制钠电解槽示意图
金属钠的用途:在过去,相当一部分钠用于制造汽油抗爆震剂──四乙基铅添加了四乙基铅的汽油会污染空气,因此现在已不允许使用。,它能降低汽油的爆震性,减少在汽油发动机中使用汽油时发出的噪音。四乙基铅通常是用***乙烷与金属钠和铅(钠铅齐)的合金起反应而制成,化学方程式为4C2H5Cl+4Na+Pb=(C2H5)4Pb+4NaCl。金属钠能从钛、锆、铌、钽等金属的化合物中把它们置换出来,如TiCl4+4Na Ti+4NaCl。钠还用于制造过氧化钠等钠的化合物。在核工业上钠可用作传热介质。在电力工业上用于制钠灯,钠灯不降低照度水平但能减少能源消耗。
金属钠的制法:工业上钠的制法很多,有碳还原碳酸钠法、NaCl加石灰用硅铁还原法、电解熔融NaOH法,目前世界上钠的工业生产多数用电解***化钠的方法。反应通常在电解槽里进行。电解时,***化钠需要熔融,***化钠的熔点为
801 ℃,在技术上有困难,采取的方法是用质量分数为40%的***化钠和60%的***化钙混合形成低共熔物(熔点为580 ℃),降低
了电解时所需的温度,从而也减低了钠的蒸气压。电解时,***气在阳极放出,金属钠和钙同时在阴极被还原出来,浮在阴极熔盐的上方,从管道溢出。把熔融的金属混合物冷却到105~110 ℃,金属钙成晶体析出,经过滤就可以把金属钠与金属钙分离。
(2)镁
1808年英国的H .戴维在电解氧化镁和***的混合物时,因得到镁***齐而发现了镁,并以氧化镁产地希腊的Magnesia城来命名为Magnesium。镁在地壳中含量约为2.5%,以碳酸镁形态大量存在。海水中也含有约0.13%的Mg2+,它使海水具有苦味。镁在空气和水中由于在表面形成一层碱式碳酸镁保护膜,而不致进一步被侵蚀。它能与热水反应产生氢气,在加热时镁还可把CO2还原成碳。加热时镁可用于分离许多金属和非金属,如可把硅或硼从它们的氧化物中还原出来。镁能与氮、硫、卤素等许多非金属化合。镁粉很容易燃烧并发出强烈的白光,在空气中燃烧同时生成氧化镁和氮化镁。镁在生物化学上非常重要,它是构成叶绿素的特征元素,在生物体内也具有代谢功能;它也存在于人体细胞中。镁主要用于制造轻金属合金、球墨铸铁、建筑金属以及用于汽车、飞机、科学仪器上的镁合金;也可作还原剂、脱硫剂、脱氢和格氏试剂;也能用于制造烟火、闪光粉、镁盐等。目前镁的主要来源是先从海水中获得***化镁,而后电解熔融***化镁来制取。另外,在高温下用硅铁还原氧化镁也是常用的制取方法。
(3)铝
铝是自然界中分布最广的金属元素。地壳中铝的含量接近8%,仅次于氧和硅。铝通常以化合状态存在,已知的含铝矿物有250多种,其中最常见的是铝硅酸盐类,如长石、云母、高岭石、铝土矿、明矾石等。
铝是银白色金属,其主要特性是密度小,相对密度只有钢铁的1/3。某些铝合金的机械强度甚至超过结构钢。各种铝合金(如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等)广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外,导弹、宇宙飞船、人造卫星也大量使用铝及其合金。例如,一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成,每枚导弹的用铝量约占总质量的10%~15%,一艘1.5万吨级的大型客船用铝量约为2 000 t。
铝是一种良好的导电材料。铝的导电能力虽然只有铜的60%~70%,但密度只有铜的1/3。
以传导等量电流而论,铝的导电截面积大约是铜的1.6倍,而铝的质量只有铜的一半。换言之,铝可节省用量,价格远低于铜,且铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀作用,而且有一定绝缘性,所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业有广泛的用途。
铝是热的良导体。铝的热导率大约是铁的3倍,不锈钢的10倍。因此铝是制造机器活塞、热交换器、饭锅和电熨斗的理想材料。铝还具有良好的光和热的反射能力,所以铝可用来制反光镜,又可作绝缘材料。
铝易于加工,可压成铝板或铝箔,或拉成铝线,挤压成各种异形的材料。在100~150 ℃时可制成薄于0.01 mm的铝箔,广泛用于包装香烟、糖果等,还可制成铝丝、铝条,并能轧制成各种铝制品。
铝的化学性质:铝在氧气中加热时能剧烈地燃烧,发出炫目的白光,并放出大量的热。铝与氧结合的能力很强,是亲氧元素,它能从许多金属氧化物中夺取氧,而且放出的大量热可使游离出来的金属熔化。应用此原理在冶金工业上用来制取铁、锰、铬、钒等金属,如Cr2O3+2Al=Al2O3+2Cr,这种方法叫铝热法。铝可与稀酸(盐酸或硫酸)、强碱溶液反应生成盐,同时放出氢气。把铝放入冷的浓***或浓硫酸中会被钝化,因此,浓***或浓硫酸可用铝的容器贮存。纯度为99.95%以上的大片铝,可以抵御大多数酸类的侵蚀。铝和***在高温下反应生成AlCl3,和硫在1 000 ℃以上时反应生成Al2S3,和碳在800 ℃以上时反应生成Al4C3。
(4)铁
铁是地壳中最丰富的元素之一,含量为4.75%,在金属中仅次于铝。铁分布很 内容来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.
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