第五章 单质及无机化合物本节要点
金属元素在周期表中的位置和金属的分类
金属的提炼
过渡金属的通性
各类金属的用途第一节：金属及其化合物一、金属元素在周期表中的位置和金属的分类轻金属贵金属低熔金属黑色金属稀有金属重金属
1、热还原法 —— 铁、铜、锡、钴等，可用碳、氢气、活泼金属作还原剂，还原氧化物获得。
2、热分解法 —— 钛、锆、铪、钒、铬等金属，都可从它们的碘化物热分解得到。
3、电解 —— 最强的还原手段。铝及活泼金属常用此法。
二、金属的提炼物理性质和化学性质它们都有金属光泽，密度小，
硬度小，熔点低，导电、导热性好的特点,
Li Na K Rb Cs
Be Mg Ca Sr Ba
● 熔、沸点高，硬度、密度大的金属大都集中在这一区
● 不少元素形成有颜色的化合物
● 许多元素形成多种氧化态从而导致丰富的氧化还原行为
● 形成配合物的能力比较强，包括形成经典的维尔纳配合物和金属有机配合物
● 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强
d 区元素显示出许多区别于主族元素的性质：
三、过渡金属 通性 (General survey)
d 区元素所有这些特征不同程度上与价层 d 电子的存在有关,因而有人将 d 区元素的化学归结为 d 电子的化学,
金属单质的物理性质
● 硬度大 硬度最大的金属：铬 (Cr) 摩氏 9.0
● 导电性，导热性，延展性好
● 熔点、沸点高熔点最高的单质：
钨 (W) 3683± 20℃
● 密度大密度最大的单质：
锇 (Os ) 22.48 g·cm-3
无机化合物生色机理 — d-d跃迁
颜色的互补 青红黄橙绿紫青蓝蓝白光同周期元素族氧化态稳定性变化趋势
多种氧化态过渡金属与工业催化某些重要的无机和金属有机工业过程中的 d 区金属催化剂多相催化生产硫酸合成氨制造硝酸氯碱工业合成气制汽油均相催化氢甲酰化生产正构醛乙烯氧化制乙醛甲醇羰基化制乙酸合成气制乙酐
2SO2 + O2 = 2SO3
N2 + 3H2 = 2NH3
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
2NaCl + 2H2O = Cl2 + 2NaOH + H2
CO + H2 烷烃混合物
RCH=CH2 + CO + H2 = RCH2CH2CHO
H2C=CH2 + (1/2)O2 = CH3CHO
CH3OH + CO = CH3COOH
CO + H2 乙酐
V2O5
Fe3O4
PtRh(90:10)合金或
PtRhPd(90:5:5)合金
RuO2阳极 (电解 )
Fe催化剂
Co(+1)或 Rh(+1)羰基化合物
Pd(+2)和 Cu(+2)
[RhI2(CO)2]-
[RhI2(CO)2]-
工业过程 被催化的反应 催化剂四、各类的用途
1．碱金属和碱土金属（ s区金属）,是化学活泼性最大的金属，是极好的还原剂、脱卤剂。钠汞齐、金属镁在有机合成中有着重要的用途。
有些金属，如铯，经过照射后会产生电流，即能产生光电效应。因而铯、钾、铷常被用作光电材料,制成的光电管在科学技术上有重要的应用。
2,S区金属及铝属于轻金属,是制造轻质合金的重要原料。铍、镁、
铝适于制造轻质合金，其余金属单质都比较软而且太活泼。镁合金、
铝合金和铍合金密度小而强度大，是重要的轻型结构材料，广泛应用于宇宙飞船、航空、汽车、机械工业方面。
3．碱金属及 P区金属单质,大多数熔点低，是制造低熔合金的重要原料，通常用于制造低熔合金的主要为锡、铅、铋等。其中铋是许多重要的低熔合金的主要成分。
4,分布于周期表中金属与非金属交界区的一些金属元素，是典型的半导体材料,如镓、铟、锗等，大量用于制造各类半导体器件及电子元件。
上世纪七十年代，一些 IIIA－ VA,IIB－ VIA族化合物，如 CdSe,GaAs
等也被发现又半导体性质。此外，含有这些元素的某些合金，是具有实用价值的超导材料，如 Nb3Ge(Te:23.3k),Nb3Sm(Te:18.3k)、
V3Ga(Te:15.4k)。
5．银、铜、金、铝是所有金属中导电性最好的。 银和金的化学稳定性高，但价格贵，通常在要求较高的场合用作导电元部件，而铜和铝
（尤其是铝、质轻价廉）则广泛用于电器工业，制造各种导线、电缆、
电极及导电元部件。
6．金、银、铜自古以来就是制造货币的主要材料,直至今天仍是一些国家造币合金的成份。此外制造各种饰物，器皿以及精美的工艺品、
收藏品也是金和银的一个重要用途。
7．铁是所有金属中用途最广、用量最大的一种金属,从远古铁器时代起，铁就是制造生产工具、生活用具和武器的基本材料。今天，铁仍是各种不同性能的钢材的基本成分。铁、钴、镍有顺磁性，它们是许多磁性材料的主要成分。
8．铂系金属有很高的化学稳定性，且耐高温 。化学工业中用它们制造特殊用途的反应器皿、蒸发皿、坩埚。铂、钌、铑、钯也是制造耐腐蚀电极及热电偶的重要材料。铂铱合金用于制造标准度量衡的校准器，
锇铱合金还用于制造指南针的主要零件及自来水笔等。大多数铂系金属能吸收气体，尤其是氢气，其中钯吸收氢气的功能特别强。
9．高熔金属钨和铬还是用作金属陶瓷的重要原料。 是一种很有用的新型结构材料。此外，钨、钼等高熔金属还常被用作电子仪器中的热电子发射（阴极）材料，
10,稀土金属,微量稀土金属可大大改善甚至根本改变合金的性质，被称为冶金工业的维生素，是重要的合金成分。在玻璃、陶瓷工业中，
稀土元素常作为添加剂。此外，由于具有独特的电子结构、光学、磁学等性质，稀土金属还广泛应用于制造磁性材料、发光材料和原子能材料等方面。
金属元素在周期表中的位置和金属的分类
金属的提炼
过渡金属的通性
各类金属的用途第一节：金属及其化合物一、金属元素在周期表中的位置和金属的分类轻金属贵金属低熔金属黑色金属稀有金属重金属
1、热还原法 —— 铁、铜、锡、钴等，可用碳、氢气、活泼金属作还原剂，还原氧化物获得。
2、热分解法 —— 钛、锆、铪、钒、铬等金属，都可从它们的碘化物热分解得到。
3、电解 —— 最强的还原手段。铝及活泼金属常用此法。
二、金属的提炼物理性质和化学性质它们都有金属光泽，密度小，
硬度小，熔点低，导电、导热性好的特点,
Li Na K Rb Cs
Be Mg Ca Sr Ba
● 熔、沸点高，硬度、密度大的金属大都集中在这一区
● 不少元素形成有颜色的化合物
● 许多元素形成多种氧化态从而导致丰富的氧化还原行为
● 形成配合物的能力比较强，包括形成经典的维尔纳配合物和金属有机配合物
● 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强
d 区元素显示出许多区别于主族元素的性质：
三、过渡金属 通性 (General survey)
d 区元素所有这些特征不同程度上与价层 d 电子的存在有关,因而有人将 d 区元素的化学归结为 d 电子的化学,
金属单质的物理性质
● 硬度大 硬度最大的金属：铬 (Cr) 摩氏 9.0
● 导电性，导热性，延展性好
● 熔点、沸点高熔点最高的单质：
钨 (W) 3683± 20℃
● 密度大密度最大的单质：
锇 (Os ) 22.48 g·cm-3
无机化合物生色机理 — d-d跃迁
颜色的互补 青红黄橙绿紫青蓝蓝白光同周期元素族氧化态稳定性变化趋势
多种氧化态过渡金属与工业催化某些重要的无机和金属有机工业过程中的 d 区金属催化剂多相催化生产硫酸合成氨制造硝酸氯碱工业合成气制汽油均相催化氢甲酰化生产正构醛乙烯氧化制乙醛甲醇羰基化制乙酸合成气制乙酐
2SO2 + O2 = 2SO3
N2 + 3H2 = 2NH3
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
2NaCl + 2H2O = Cl2 + 2NaOH + H2
CO + H2 烷烃混合物
RCH=CH2 + CO + H2 = RCH2CH2CHO
H2C=CH2 + (1/2)O2 = CH3CHO
CH3OH + CO = CH3COOH
CO + H2 乙酐
V2O5
Fe3O4
PtRh(90:10)合金或
PtRhPd(90:5:5)合金
RuO2阳极 (电解 )
Fe催化剂
Co(+1)或 Rh(+1)羰基化合物
Pd(+2)和 Cu(+2)
[RhI2(CO)2]-
[RhI2(CO)2]-
工业过程 被催化的反应 催化剂四、各类的用途
1．碱金属和碱土金属（ s区金属）,是化学活泼性最大的金属，是极好的还原剂、脱卤剂。钠汞齐、金属镁在有机合成中有着重要的用途。
有些金属，如铯，经过照射后会产生电流，即能产生光电效应。因而铯、钾、铷常被用作光电材料,制成的光电管在科学技术上有重要的应用。
2,S区金属及铝属于轻金属,是制造轻质合金的重要原料。铍、镁、
铝适于制造轻质合金，其余金属单质都比较软而且太活泼。镁合金、
铝合金和铍合金密度小而强度大，是重要的轻型结构材料，广泛应用于宇宙飞船、航空、汽车、机械工业方面。
3．碱金属及 P区金属单质,大多数熔点低，是制造低熔合金的重要原料，通常用于制造低熔合金的主要为锡、铅、铋等。其中铋是许多重要的低熔合金的主要成分。
4,分布于周期表中金属与非金属交界区的一些金属元素，是典型的半导体材料,如镓、铟、锗等，大量用于制造各类半导体器件及电子元件。
上世纪七十年代，一些 IIIA－ VA,IIB－ VIA族化合物，如 CdSe,GaAs
等也被发现又半导体性质。此外，含有这些元素的某些合金，是具有实用价值的超导材料，如 Nb3Ge(Te:23.3k),Nb3Sm(Te:18.3k)、
V3Ga(Te:15.4k)。
5．银、铜、金、铝是所有金属中导电性最好的。 银和金的化学稳定性高，但价格贵，通常在要求较高的场合用作导电元部件，而铜和铝
（尤其是铝、质轻价廉）则广泛用于电器工业，制造各种导线、电缆、
电极及导电元部件。
6．金、银、铜自古以来就是制造货币的主要材料,直至今天仍是一些国家造币合金的成份。此外制造各种饰物，器皿以及精美的工艺品、
收藏品也是金和银的一个重要用途。
7．铁是所有金属中用途最广、用量最大的一种金属,从远古铁器时代起，铁就是制造生产工具、生活用具和武器的基本材料。今天，铁仍是各种不同性能的钢材的基本成分。铁、钴、镍有顺磁性，它们是许多磁性材料的主要成分。
8．铂系金属有很高的化学稳定性，且耐高温 。化学工业中用它们制造特殊用途的反应器皿、蒸发皿、坩埚。铂、钌、铑、钯也是制造耐腐蚀电极及热电偶的重要材料。铂铱合金用于制造标准度量衡的校准器，
锇铱合金还用于制造指南针的主要零件及自来水笔等。大多数铂系金属能吸收气体，尤其是氢气，其中钯吸收氢气的功能特别强。
9．高熔金属钨和铬还是用作金属陶瓷的重要原料。 是一种很有用的新型结构材料。此外，钨、钼等高熔金属还常被用作电子仪器中的热电子发射（阴极）材料，
10,稀土金属,微量稀土金属可大大改善甚至根本改变合金的性质，被称为冶金工业的维生素，是重要的合金成分。在玻璃、陶瓷工业中，
稀土元素常作为添加剂。此外，由于具有独特的电子结构、光学、磁学等性质，稀土金属还广泛应用于制造磁性材料、发光材料和原子能材料等方面。
