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金屬和金屬鹽的分類及用途.doc
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金屬和金屬鹽的分類及用途
1.金屬的分類
人們根據金屬的密度把金屬分為重金屬和輕金屬。重金屬的密度大于4.5 g/cm3,輕金屬的密度小于4.5 g/cm3。
冶金工業上還常常把金屬分為黑色金屬和有色金屬。黑色金屬有三種:鐵、錳、鉻。它們或它們的合金的表面常有灰黑色的氧化物,所以稱這類金屬為黑色金屬。除鐵、錳、鉻以外的金屬稱為有色金屬。有色金屬又可以分為九大類:
①重金屬:銅、鉛、鋅等;②輕金屬:鋁、鎂等;
③輕稀有金屬:鋰、鈹等; ④難熔稀有金屬:鎢、鈦、釩等;
⑤稀散金屬:鎵、鍺等; ⑥稀土金屬:鈧、釔及鑭系元素;
⑦放射性金屬:鐳、錒等; ⑧貴金屬:金、銀、鉑等;
⑨堿金屬:鉀、鈉等。
2.幾種常見和重要的金屬
(1)鈉
鈉不能以游離態存在于自然界,因為它的化學性質很活潑,因此在自然界,鈉存在于許多無機物中(如***化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、***鈉、硼酸鈉等)。在海水、礦泉水、鹽湖水中有可溶性鈉鹽。地殼中含有2.63%化合形式的鈉,其含量在元素中占第6位。23Na是惟一的天然同位素,還有6種人工放射性同位素:20Na、21Na、22Na、24Na、25Na、26Na。
鈉能與許多氣體發生反應:①在空氣中120 ℃時著火,160 ℃以下氧氣不足時反應的主要產物是Na2O,250~300 ℃與足量氧氣反應生成的是Na2O2和少量的NaO2。②與H2室溫下不反應,200~350 ℃時反應生成NaH。③與N2在任何溫度下不反應。有在放電條件下反應生成氮化鈉和疊氮化鈉的報道。④與CO2在室溫下反應很慢,但燃燒的鈉與CO2反應迅速,在控制條件的情況下這種反應可生成甲酸鈉、草酸鈉。有在撞擊條件下鈉與CO2(s)反應發生爆炸生成碳化鈉的報道。⑤與N2O反應生成Na2O。在氧化氮中燃燒生成***鈉和連二***鈉的混合物。
鈉能與H2O反應,也能與酸、鹽溶液反應。鈉能與熔融堿反應,如Na+KOH K+NaOH,2Na+NaOH=Na2O+NaH。
圖 3-2 制鈉電解槽示意圖
金屬鈉的用途:在過去,相當一部分鈉用于制造汽油抗爆震劑──四乙基鉛添加了四乙基鉛的汽油會污染空氣,因此現在已不允許使用。,它能降低汽油的爆震性,減少在汽油發動機中使用汽油時發出的噪音。四乙基鉛通常是用***乙烷與金屬鈉和鉛(鈉鉛齊)的合金起反應而制成,化學方程式為4C2H5Cl+4Na+Pb=(C2H5)4Pb+4NaCl。金屬鈉能從鈦、鋯、鈮、鉭等金屬的化合物中把它們置換出來,如TiCl4+4Na Ti+4NaCl。鈉還用于制造過氧化鈉等鈉的化合物。在核工業上鈉可用作傳熱介質。在電力工業上用于制鈉燈,鈉燈不降低照度水平但能減少能源消耗。
金屬鈉的制法:工業上鈉的制法很多,有碳還原碳酸鈉法、NaCl加石灰用硅鐵還原法、電解熔融NaOH法,目前世界上鈉的工業生產多數用電解***化鈉的方法。反應通常在電解槽里進行。電解時,***化鈉需要熔融,***化鈉的熔點為
801 ℃,在技術上有困難,采取的方法是用質量分數為40%的***化鈉和60%的***化鈣混合形成低共熔物(熔點為580 ℃),降低
了電解時所需的溫度,從而也減低了鈉的蒸氣壓。電解時,***氣在陽極放出,金屬鈉和鈣同時在陰極被還原出來,浮在陰極熔鹽的上方,從管道溢出。把熔融的金屬混合物冷卻到105~110 ℃,金屬鈣成晶體析出,經過濾就可以把金屬鈉與金屬鈣分離。
(2)鎂
1808年英國的H .戴維在電解氧化鎂和***的混合物時,因得到鎂***齊而發現了鎂,并以氧化鎂產地希臘的Magnesia城來命名為Magnesium。鎂在地殼中含量約為2.5%,以碳酸鎂形態大量存在。海水中也含有約0.13%的Mg2+,它使海水具有苦味。鎂在空氣和水中由于在表面形成一層堿式碳酸鎂保護膜,而不致進一步被侵蝕。它能與熱水反應產生氫氣,在加熱時鎂還可把CO2還原成碳。加熱時鎂可用于分離許多金屬和非金屬,如可把硅或硼從它們的氧化物中還原出來。鎂能與氮、硫、鹵素等許多非金屬化合。鎂粉很容易燃燒并發出強烈的白光,在空氣中燃燒同時生成氧化鎂和氮化鎂。鎂在生物化學上非常重要,它是構成葉綠素的特征元素,在生物體內也具有代謝功能;它也存在于人體細胞中。鎂主要用于制造輕金屬合金、球墨鑄鐵、建筑金屬以及用于汽車、飛機、科學儀器上的鎂合金;也可作還原劑、脫硫劑、脫氫和格氏試劑;也能用于制造煙火、閃光粉、鎂鹽等。目前鎂的主要來源是先從海水中獲得***化鎂,而后電解熔融***化鎂來制取。另外,在高溫下用硅鐵還原氧化鎂也是常用的制取方法。
(3)鋁
鋁是自然界中分布最廣的金屬元素。地殼中鋁的含量接近8%,僅次于氧和硅。鋁通常以化合狀態存在,已知的含鋁礦物有250多種,其中最常見的是鋁硅酸鹽類,如長石、云母、高嶺石、鋁土礦、明礬石等。
鋁是銀白色金屬,其主要特性是密度小,相對密度只有鋼鐵的1/3。某些鋁合金的機械強度甚至超過結構鋼。各種鋁合金(如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等)廣泛應用于飛機、汽車、火車、船舶等制造工業。此外,導彈、宇宙飛船、人造衛星也大量使用鋁及其合金。例如,一架超音速飛機約由70%的鋁及其合金構成,每枚導彈的用鋁量約占總質量的10%~15%,一艘1.5萬噸級的大型客船用鋁量約為2 000 t。
鋁是一種良好的導電材料。鋁的導電能力雖然只有銅的60%~70%,但密度只有銅的1/3。
以傳導等量電流而論,鋁的導電截面積大約是銅的1.6倍,而鋁的質量只有銅的一半。換言之,鋁可節省用量,價格遠低于銅,且鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕作用,而且有一定絕緣性,所以鋁在電器制造工業、電線電纜工業和無線電工業有廣泛的用途。
鋁是熱的良導體。鋁的熱導率大約是鐵的3倍,不銹鋼的10倍。因此鋁是制造機器活塞、熱交換器、飯鍋和電熨斗的理想材料。鋁還具有良好的光和熱的反射能力,所以鋁可用來制反光鏡,又可作絕緣材料。
鋁易于加工,可壓成鋁板或鋁箔,或拉成鋁線,擠壓成各種異形的材料。在100~150 ℃時可制成薄于0.01 mm的鋁箔,廣泛用于包裝香煙、糖果等,還可制成鋁絲、鋁條,并能軋制成各種鋁制品。
鋁的化學性質:鋁在氧氣中加熱時能劇烈地燃燒,發出炫目的白光,并放出大量的熱。鋁與氧結合的能力很強,是親氧元素,它能從許多金屬氧化物中奪取氧,而且放出的大量熱可使游離出來的金屬熔化。應用此原理在冶金工業上用來制取鐵、錳、鉻、釩等金屬,如Cr2O3+2Al=Al2O3+2Cr,這種方法叫鋁熱法。鋁可與稀酸(鹽酸或硫酸)、強堿溶液反應生成鹽,同時放出氫氣。把鋁放入冷的濃***或濃硫酸中會被鈍化,因此,濃***或濃硫酸可用鋁的容器貯存。純度為99.95%以上的大片鋁,可以抵御大多數酸類的侵蝕。鋁和***在高溫下反應生成AlCl3,和硫在1 000 ℃以上時反應生成Al2S3,和碳在800 ℃以上時反應生成Al4C3。
(4)鐵
鐵是地殼中最豐富的元素之一,含量為4.75%,在金屬中僅次于鋁。鐵分布很 內容來自淘豆網www.rainearth.cn轉載請標明出處.
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