高一化学知识点:金属及其化合物

物质

Na

Al

Fe

保存

煤油（或石蜡油）中

直接在试剂瓶中即可

直接在试剂瓶中

化性

常温下氧化成Na_2O：

4Na + O_{2 = 2Na2O}

点燃生成Na_2O2

2Na + O_{2 == Na2O2}

常温下生成致密氧化膜：

4Al + 3O_{2 = 2Al2O3}

致密氧化膜使铝耐腐蚀。

纯氧中可燃，生成氧化铝：

4Al + 3O_{2 == 2Al2O3}

潮湿空气中易受腐蚀：

铁锈：主要成分Fe_2O3

纯氧中点燃生成：

3Fe+2O_{2 == Fe3O4}

与 O₂

与Cl₂

2Na+Cl_{2 == 2NaCl}

2Al+3Cl_{2 == 2AlCl3}

2Fe+3Cl_{2== 2FeCl3}

与S

常温下即可反应：

2Na + S = Na_2S

加热时才能反应：

2Al + 3S == Al_2S3

加热只能生成亚铁盐：

Fe + S == FeS

与水

常温与冷水剧烈反应：

2Na+2H_{2O=2NaOH+H2↑}

去膜后与热水反应：

2Al+6H_{2O==2Al(OH)3↓+3H2↑}

常温下纯铁不与水反应。

加热时才与水蒸气反应：

3Fe+4H_{2O(g) == Fe3O4+4H2}

与 酸

溶 液

2Na+2HCl=2NaCl+H_2↑

2Al+6HCl==2AlCl_{3+ 3H2↑}

Fe+2HCl=FeCl_2+H2↑

与 碱

溶 液

----------------------

2Al+2NaOH+2H_{2O=2NaAlO2+3H2↑}

---------------------

与 盐

溶 液

与硫酸铜溶液：

2Na+2H_{2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑}

与氯化铁溶液：

6Na+6H_{2O+2FeCl3=2Fe(OH)3↓+6NaCl+3H2↑}

置换出较不活泼的金属单质

置换出较不活泼的金属单质

与 氧

化 物

----------------------

镁条引燃时铝热反应：

2Al+Fe_{2O3==Al2O3+2Fe}

---------------------

金属活泼性逐渐减弱

Na_2O

Na_2O2

Al_2O3

Fe_2O3

性质

碱性氧化物

非碱性氧化物

两性氧化物

碱性氧化物

颜色状态

白色固体

淡黄色固体

白色固体

赤红色固体

与水反应

Na_2O+H2O=2NaOH

2Na_{2O2+2H2O=4NaOH+O2↑}

----------------

----------------

与酸溶液

Na_{2O+2HCl=2NaCl+H2O（溶液无色）}

2Na_{2O2+4HCl=4NaCl+2H2O+O2↑}

Al_{2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O}

Fe_{2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O（溶液黄色）}

与碱溶液

----------------

----------------

Al_2O3+2NaOH=

2NaAlO_2+H2O

----------------

其他

Na_{2O+CO2=Na2CO3}

2Na_{2O2+2CO2=2Na2CO3+O2}

----------------

----------------

化性

NaOH

Al(OH)₃

Fe(OH)₂

Fe(OH)₃

属性

碱性氢氧化物

两性氢氧化物

碱性氢氧化物

碱性氢氧化物

与酸溶液

NaOH+HCl=NaCl+H_2O

Al(OH)_3+3HCl=

AlCl_3+3H2O

Fe(OH)_{2+2HCl=FeCl2+2H2O}

Fe(OH)_3+3HCl=

FeCl_3+3H2O

与碱溶液

----------------

Al(OH)_{3+NaOH=NaAlO2+2H2O}

----------------

----------------

稳定性

稳定

2Al(OH)_{3==Al2O3+3H2O}

4Fe(OH)_{2+O2+2H2O=4Fe(OH)3}

2Fe(OH)_{3==Fe2O3+3H2O}

其他

2NaOH+CO_{2 =Na2CO3+H2O}

NaOH+CO_2(过量)

=NaHCO₃

----------------

----------------

----------------

制备

金属钠与水即可

铝盐溶液与过量浓氨水

亚铁盐溶液与氢氧化钠溶液（液面下）

铁盐溶液滴加氢氧化钠溶液

Na_2CO3

NaHCO₃

溶解度

较大

较小

溶液碱性

使酚酞变红，溶液呈碱性。

使酚酞变淡粉色，溶液呈较弱的碱性。

与酸

反应迅速Na_{2CO3+2HCl=2NaCl+2H2O+CO2↑}

反应更迅速NaHCO_{3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑}

与碱

--------------------------------

NaHCO_{3+NaOH=Na2CO3+H2O}

稳定性

稳定，加热不分解。

固体NaHCO_{3 ：2NaHCO3 == Na2CO3+H2O+CO2↑}

相互转化

Na_{2CO3溶液中通入大量CO2}

Na_{2CO3+H2O+CO2 = 2NaHCO3}

固体NaHCO_{3 ：2NaHCO3 == Na2CO3+H2O+CO2↑}

其他

溶液中：

Na_{2CO3+Ca(OH)2 = 2NaOH+CaCO3↓}

溶液中：NaHCO_{3+Ca(OH)2 = NaOH+CaCO3↓+H2O}

用途

工业原料等

中和胃酸、制糕点等

金属离子检验：焰色反应呈黄色

FeCl₂

FeCl₃

颜色

浅绿色

黄色

与碱溶液

FeCl_{2+2NaOH = Fe(OH)2↓+2NaCl}

FeCl_{3+3NaOH= Fe(OH)3↓+3NaCl}

相互转化

2FeCl_{2+Cl2 = 2FeCl3 2FeBr2+Br2 = 2FeBr3}

主要表现：（还原性）

2FeCl_{3+Fe = 3FeCl2 2FeBr3+Fe = 3FeBr2}

表现：（氧化性）

检验

遇KSCN不显血红色，加入氯水后显红色

遇KSCN显血红色

用途

净水剂等

印刷线路板等

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

创设教学情境

介绍普通印刷电路板的制作，设疑，引发学生思考，提出分析时存在的问题。

倾听、思考、提出问题（令自己不理解的问题）

引出探究问题，激发学生学习兴趣与探究问题的欲望

指导学生探究

组织学生对不解的问题进行讨论并参与学生的讨论，提出猜测的方案，利用现有的条件制定方案

小组讨论，制定研究方案

学生通过理性的分析问题，推测问题，自主设计、小组合作、动手体验，不断的发现问题，解决问题，构建自己的知识结构。

利用实物投影仪，组织学生对各个小组提出的方案进行集中评议，得出合理、可行的方案

学生发言，展示自己的见解

巡视、实验的指导

学生利用实验探究问题

组织评价

利用实物投影仪，组织学生对上述问题的探究过程进行评议

学生结合氧化还原反应的理论，分析现象，得出结论

学生相互评价与学生自评结合

形成结论

得出是三价铁具有强氧化性，与铜反应，将铜溶解下来，并将其氧化性与金属离子的氧化性表中排序，总结与其能够发生氧化还原反应的常见物质

学生参与，总结发言

继续创设问题情境，激发学生继续探究的欲望

利用课题，引出Fe^{2+，演示将FeSO_{4晶体直接溶于水，而没有得到纯净FeSO4溶液；直接将NaOH溶液滴入FeSO4溶液，而没有得到白色的Fe(OH)2沉淀，设疑，难道这样配制不可以吗？引发学生思考。}}

你能制出较纯净的Fe(OH)_{2沉淀吗？}

观看、再次思考并积极讨论

再次指导学生探究

巡视、参与学生的讨论、方案的制定、方案的指导

学生小组讨论，探究

问题

组织评价

利用实物投影仪，组织学生对上述问题的探究过程进行评议

学生相互评价与学生自评结合

形成结论

得出是二价铁具有强还原性，易与氧化剂如空气中氧气反应，且，碱性条件下还原性更强。并得出制备氢氧化亚铁的方法

学生参与，总结发言

布置研究问题

苹果生锈原因是由于“Fe^{2+”转化为“Fe3+”所至吗？}

学生思考讨论

将学生引领进入生活实际，利用所学知识解决生活中的问题。

鼓励学生敢于大胆质疑，发表意见，挑战权威

形成练习

高一化学知识点:金属及其化合物 篇7

随着纳米材料的深入研究, 人们认识到纳米材料的性质与形貌、尺寸和结构有着非常紧密的联系, 控制纳米材料的形貌和结构可以得到性能优良的纳米材料, 所以合成高纯度、大小和形貌可控的纳米材料是研究先进材料和高性能材料的重要方向。

纳米金属及金属化合物作为纳米材料的一个组成部分, 在光学、电磁、催化、信息存储和化学传感等领域有着广泛的用途和应用前景, 因而引起了研究者的广泛兴趣。三维花状结构的纳米材料具有高表面积、高反应活性等优于其他形状的纳米金属和纳米金属化合物材料的性质, 如花状结构Cu2S具有很高的光催化活性[1]、CuO纳米花薄膜具有超疏水性[2]、CuO/Ni花状结构薄膜[3]应用于电极提高了电极的电化学活性。此外, 一些纳米金属粒子在实际应用中会有严重的团聚和粒子架桥现象, 从而限制了其纳米效应和比表面积大的优势的发挥, 而控制合成花状结构后可以避免这些团聚现象并依然具有纳米颗粒的纳米效应结构稳定性好的优势。

1 制备方法

花状纳米金属及金属化合物的合成方法按照前驱物的状态, 可以分为液相法、气相法、固相法3大类, 其中液相法又包括水热法、溶剂热法、化学液相沉积法、电沉积法等, 气相法主要指化学气相沉积法, 固相法包括直接氧化法、热解法等。

1.1 液相法

1.1.1 水热法

水热合成法操作简单, 成本低廉, 创造高温高压环境能使晶体在非受限的条件下充分生长, 晶体形貌、尺寸可控, 结晶完好, 可以通过调节反应温度、压力、溶液成分和pH值等来达到有效控制反应和晶体的生长, 通常分为模板辅助法和无模板辅助法。有模板辅助法的优点是形貌易于控制, 但除去模板较复杂。无模板辅助法可以省去去除模板这一复杂步骤。Wei等[4]将钼酸铵、连二硫酸钠以及硫代乙酰胺混合液保持在180℃下, 通过控制陈化时间得到花状形貌的MoS2纳米晶体, 其大小为100nm～1μm。纳米花是由花瓣自组装构成的, 这些纳米花瓣的边缘宽且薄, 而且具有很高的稳定性, 在长时间的超声下不破坏结构。Zhang等[5]用Co (NO3) 2 和CO (NH2) 2作为前驱体溶液在 90℃下反应10h, 将得到的沉淀在300℃下热处理3h得到直径为500～1000 nm的具有多孔结构、高表面积的花状纳米结构的Co3O4。Guo等[6]将洁净的Si基板浸入到钼酸溶液中, 在微波辅助下保持90℃2h, MoO3在Si基板上沉积, 反应完全后在350℃下煅烧5h得到花状结构的MoO3纳米花, 发现在软模板表面活性剂辅助作用下形貌便于控制生长。Azam等[7]在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB) 和十二烷基硫酸钠 (SDS) 辅助下在水热条件下合成花状结构的SnO2, 通过控制这两种阳离子和阴离子表面活性的比例得到控制形貌的目的, 当同时使用两种表面活性剂CTAB和SDS并且物质的量比为1.0∶1.0时才得到花状结构SnO2。 杨永强等[8]以[Zn (OH) 4]2- 为前驱体在低温45℃水浴加热1h条件下合成了形态规整的多瓣花状ZnO 纳米结构。

1.1.2 溶剂热

溶剂热法是将有机溶剂或非水溶媒作为溶剂, 在较低温度下实现多种纳米材料的制备方法。通过对溶剂和络合物的选择, 控制所生成的纳米材料的尺寸和形貌, 成功地获得花状形貌。孙燕丽等[9]将钼酸钠 (Na2MoO4·2H2O) 溶解在乙醇-水溶液中, 以盐酸羟胺 (NH2OH·HCl) 作为还原剂, 硫脲[CS (NH2) 2]为硫源, 将所得的产物于50℃真空干燥6h后在氮气保护下于500℃煅烧5h, 得到纳米花状结构的MoS2。纳米花是由成百个花瓣自组装构成的, 平均花径为200～300nm。边缘厚度约10nm 的薄片花瓣从一个中心向各个方向放射性生长, 具有特殊的花状结构和较大的比表面积。Hu等[10]以环己醇为溶剂, W18O49纳米线为模板, 改变FeCl3和WCl6混合液中二者的比例得到FeWO4铁钨矿纳米花, 在反应过程中通过增加FeCl3的浓度使产物向三维花状结构转化, 当Fe浓度在溶液中的计量数与FeWO4相同时, 由初始形成的钨铁矿晶体引发纳米片的成核和竞争自组装形成花状结构。Qiying Liu等[11]以Ru为异相成核剂、十六铵为结构导向剂, 在多元醇溶液中合成由纳米棒组成的分层Co纳米花。在初级阶段产生的固体醇钴调节Co纳米花的生长速率, 然后以分层生长模式生长;先形成晶核, 再以各向异性的方式生长成小麦条纹进一步生长成纳米花;通过改变十六铵的浓度来调节纳米花和花瓣的大小, 得到清晰可见的约为500nm的纳米花结构, 其由长度为500nm、直径为50nm的花瓣构成。

1.1.3 化学液相沉积法

化学液相沉积法是在溶液中通过氧化、还原、水解、重结晶或者选择适合的模板作为晶核集合位点沉积过程, 得到纯的、独立花状结构的纳米材料。邹光龙[12]以金属镁为前驱体, 用生物分子氨基乙酸辅助化学液相沉积方法在室温下合成了具有复杂三维花状的纳米结构的氢氧化镁, 纳米花状形貌的氢氧化镁是由超薄的纳米壁构成。Peng Lu[13]采用化学液相沉积法在功能性烷基硫醇自组装单分子膜上合成了ZnS纳米花。在自组装单分子膜-COOH端上有两种结晶方式, 500nm左右的纳米花以离子连接离子的形式生长, 而约为2μm的花状晶体是以团簇连接团簇沉积。Zn2+先与端位羧基形成微弱的络合物, 这些络合物作为ZnS以离子连离子形式生长成核位点。而在端基-CH3和-OH上是以团簇连团簇形式生长, 导致沉积了2μm花状晶体吸附在表面。在自组装单分子膜的-OH和-CH3上, 只有大的花状晶体形成。这些并没有很紧密地吸附在自组装单分子膜表面上, 可以轻易地移除。结果表明, 在适当的实验条件下, ZnS选择性地沉积在自组装单分子膜的-COOH上形成纳米级的花床。Yong-Jin Kim等[14]在掺氟氧化锡导电玻璃衬底上沉积得到ZnO纳米花。ZnO纳米花阵列由许多带有锐利的尖端的纳米针构成, 选择性地生长在导电玻璃衬底上。ZnO纳米花的形貌和位置通过编写聚甲基丙烯酸甲酯亚微粒子模式电子束光刻技术控制, 而在没有这种技术辅助下得到的是直立纳米针任意高密度地排列在衬底上。

1.1.4 电沉积法

Lei Qian等[15]在树枝状大分子聚酰胺改性的表面通过电沉积法合成新型Au-Pt双金属纳米花结构。这些稳定的树枝状聚酰胺 (PAMAM) 在电沉积过程中辅助合成Au-Pt双金属纳米花。双金属纳米花包括两个部分——明亮的部分和苍白的部分, 这两部分由许多小的双金属纳米粒子构成, 明亮部分包括更多的双金属纳米粒子。双金属纳米花的形貌受电沉积时间、电势和组装树枝状结构层数的影响。分析显示, 纳米花中Au的成分比Pt的成分高, 且具有特殊的电化学和电催化性能。Hao Zhang等[16]利用碳纳米管阵列 (CNTA) 具有规则的孔结构和大的孔径、能与前驱体溶液充分接触而通过电沉积在表面得到蒲公英状纳米花结构的氧化锰, 其由许多长度和厚度分别大约为50nm和3nm的滑板状的纳米片从同一中心核生长出来。Bai等[17]用恒电位沉积技术在KCl、ZnCl2和H2O2混合液中、多壁碳纳米管 (MWNTs) 膜上沉积得到直径约为350nm的ZnO纳米花。

1.2 气相法

气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体, 使之在气态下发生化学或物理反应, 最后冷却沉积在衬底上凝聚形成纳米微粒组装成花状形貌。方晓生等[18]以金属镁粉作为原材料, 硅片作为衬底, 以液-固 (VL) 生长机理在硅衬底上沉积了规则分布的新奇的氧化镁纳米花结构。该纳米花由直径大约为80nm、长度达到几微米的纤维组成。Ning Zhang等[19]以化学气相沉积法在SiC衬底上合成了由纳米片层叠形成的玫瑰花状ZnO。由于在不同区域Zn蒸气的浓度不同, 造成在衬底不同区域上沉积得到微盘状、毛毛虫状、纳米片状等不同形貌的ZnO。Xuelian Yu等[20]以气相沉积法通过控制反应物的蒸气压在硅衬底上沉积了形状优美的Bi2S3纳米花, 纳米花的大小约为1μm并且由许多表面光滑的花瓣构成, 具有很好的结晶度, 而且晶格缺陷也比普通纳米棒的低;研究了生长温度、加热速率、气流速度和反应物浓度对Bi2S3纳米花形成的影响。Santanu Karan等[21]在室温、超真空下 (～133.322×10-6Pa) 用蒸汽沉积法合成了不同金属酞箐 (如铜、镍、锡、镁和锌) 的纳米花, 介绍了在镀金石英衬底上衬底条件对酞箐分子组织的影响, 认为纳米结构的粒子尺寸和形貌主要受模板金的性质控制。初始阶段是在金的表面上酞箐分子成核, 然后通过自组装生长成花状结构, 整个过程比较符合V-S生长机理。

1.3 固相法

1.3.1 直接氧化法

直接氧化法制备纳米花是通过强氧化剂直接氧化金属而在金属表面得到花状结构。Wu等[22]用直接氧化法在含有乌洛托品 (HMT) 和硝酸的过氧化氢溶液中80℃反应72h得到顶层为金红石纳米花、底层为锐钛矿层的双重结构的氧化钛薄膜, 在反应60h前, 多孔无水氧化钛层沉积在金属钛衬底上, 反应时间延长至70h后顶层沉积得到金红石纳米花;在60～72h之间, 微小的金红石纳米棒从溶液中沉积出来, 排列成束状最后以定向连接机理形成大的纳米棒, 在结构导向剂氨水和硝酸根离子的作用下这些大的纳米棒自组装形成花状形貌。Song等[23]将铜箔浸入到NaOH和 (NH4) 2S2O8的混合溶液中, 在100℃下保持12h, 在铜箔表面得到高密度的花状形貌的CuO纳米晶体, CuO花是由许多长度为100～500nm、厚度约为50nm的薄单晶花瓣构成。钱柏太等[2]把铜表面在 K2S2O8 和KOH的水溶液中60℃氧化反应30min, 然后于空气中180℃加热2h, 在表面上均匀地生长了一层“纳米花”, 其数密度约为105朵/mm2。每朵纳米花由数十个“纳米花瓣”自组装而成, 花瓣间有大量的孔隙, 大多数花瓣趋向于垂直基体表面, 只有最外层边缘部分的花瓣较倾斜, 趋向于中心, 形成花朵状结构, 这些花瓣是长度约为2μm、宽度约为120nm、厚度约为12nm的纳米片。

1.3.2 热解法

Xia等[24]在无催化剂存在下, 室温下通过热解醋酸锌迅速在Si衬底上合成得到新型ZnO花状结构。反应在一端开口的卧式石英管炉中进行, 以商业纯度为99.999%的Zn- (CH3COO) 2·2H2O粉末作为原料, 并放置在石英管的封口端, 石英管的另外一端开口通向空气, 洁净的硅薄片作为产物收集板放置在反应物上方, 当石英管式炉的温度达到700℃时, 把小石英管迅速插入到管式炉中, 保持15min后, 石英管从炉子中拿出在室温下自然冷却, 在Si衬底上得到由细尖端结构的多层花瓣构成的清晰可见的花状形貌的ZnO。

2 花状结构的形成机理

金属及金属化合物纳米花的形成是一个相当复杂的过程, 受到晶体形成速率、生长速率、空间位阻、磁性相互作用、静电力以及其他动力学因素的影响。不同的金属及金属化合物纳米花的形成受不同因素的影响, 在制备花状形貌的金属及金属化合物的过程中就有不同的机理来解释其形成过程。李浩等[25]在考察络合剂与表面活性剂对钴纳米花制备的影响时提出, 络合剂EDTA与金属离子形成稳定的络合物降低了金属离子的浓度, 减缓了还原反应的速率;同时络合剂也作为形貌导向剂被选择性地吸附在晶体不同晶面上造成空间位阻, 在空间位阻、钴的板状微晶之间磁力的共同作用下, 使金属沿中心发散生长, 最终形成花状结构。韦斐等[26]在研究花状纳米NiO 形成机理时讨论了两种常见的机制:一是纳米晶体本身性质边缘带有不同的电性, 在金属原子富集的地方呈现正电性而另外一端呈现负电性, 为了降低整个体系的能量, 二维的纳米棒或者纳米片等最终自组装成花状结构;二是在前驱体溶液中的成核阶段, 纳米粒子开始形成时就是花状形貌, 在反应中随着前驱体溶液中的粒子不断地释放, 纳米花不断地生长, 直到一定的体积;他们通过实验证实该NiO纳米花的形成是以第二种机制形成的。杨永强等[8]合成ZnO纳米花也是按上述的第二种机制, 并且结合ZnO是极性晶体等因素阐明了ZnO晶体沿[001]面生长最终导致花瓣晶体的长大, 形成花状结构。

3 电磁性能的研究及应用

由于花状结构的纳米晶体金属或者金属化合物的结构复杂性和特殊的形貌及表面使其具有许多特殊的性质, 在催化、传感、电化学等领域都体现出巨大的应用前景, 特别是其电磁性能在电池、储能、场发射以及电化学传感器等方面都有非常重要的应用。

3.1 电池方面的应用研究

3.1.1 锂离子电池

金属化合物纳米花可应用于锂离子电池, 如Xiang等[3]合成花状结构CuO, 并将其作为锂离子电池的阳极材料, 由于花状结构中构成纳米花瓣的纳米片提供较大的表面积供插入锂离子, 使其具有高稳定性和可逆电容, 而进一步在CuO表面沉积Ni形成花状CuO/Ni混合膜后, 因为Ni既是导体又是氧化锂分解的催化剂, 大大减弱了极化作用, 提高了电极的库仑效率, 使混合膜具有更好的循环稳定性、更高的初始库仑效率和电容稳定性。Ning等[27]合成了SnO2纳米花, 并将其作为锂离子可充电电池的阳极材料, 在充放电测试过程中发现, 其最大充电电容可以达1350mAh/g然后衰减至900mAh/g左右, 最高的放电容量约为800mAh/g, 与理论值875mAh/g非常接近。

Zeng等[28]合成了多孔花状纳米结构α-Fe2O3, 并将其应用于锂离子电池研究, 同样是由于具有高表面积和多孔结构所以具有更多的吸附和容纳锂离子的空间, 使花状结构α-Fe2O3用于锂离子电池多次充放电后仍然具有很高的容量, 即有很高的循环性质。

3.1.2 燃料电池

花状结构纳米金属具有高电催化活性, 可应用于燃料电池的催化体系, 如Lei Qian等[15]合成的双金属Au-Pt纳米花用于修饰电极在硫酸溶液中的循环伏安曲线与裸金电极和铂电极非常类似, 在40圈扫描之后峰电流也没有明显改变说明具有相当高的稳定性。与双金属纳米粒子相比, 花状结构的表面比较粗糙而且具有较高的表面积, 使双金属纳米花具有更高的氧还原活性。这种形貌可控合成简单的双金属纳米花在电极材料、燃料电池、催化以及化学传感器方面具有很高的应用价值。Zhen Yin等[29]合成了新型多孔结构的Pd纳米花, 并在三电极体系中用循环伏安法和计时安培法测试其电化学活性和稳定性, 结果显示新型多孔Pd纳米花具有比单分散Pd纳米粒子高60%的活性, 在碱性溶液中对甲醇的氧化具有更高的稳定性, 所以Pd纳米花是直接甲醇燃料电池的良好催化剂。

3.2 能量存储及场发射

利用金属或者金属化合物的花状结构和本身的性质在能量存储、场发射方面的研究应用, Zhang等[16]在碳纳米管阵列 (CNTA) 上沉积得到花状结构氧化锰, 其由于具有分层多孔结构, 具有许多优良性质如高电容、循环寿命长, 这种纳米花与CNTA混合体可用于电极测试电化学性能, 具有高电容和良好的离子响应性质。此混合电极的充放电测试显示在20000圈的循环之后容量损失只有3%, 说明具有非常高的电化学稳定性。由于纳米花直接在纳米结构的集电器即CNTA上生长, 具有电子传导路径, 这种高效的电荷传导增强了电导率, 所以这种材料可以用于研制能量存储材料。Wei等[6]合成的MoO3纳米花具有相对低的场发射开启电压和高稳定发射电流, 发射电流超过3h时波动幅小于10%。形成这些特性的原因是纳米花是由纳米带构成的, 电子更易于从边缘和面中发射出来, 而且与纳米带杂乱的散布在基板上相比, 构成纳米花的纳米带具有很高的纵横比。对于场发射材料, 开启电压是非常重要的参数, 开启电压的值越低场发射材料越好, 所以MoO3纳米花是场发射良好的应用材料。

3.3 电化学传感器

花状结构表面积大, 缺陷密度高, 活性点多, 使其在电化学传感器方面的研究甚为广泛, 这也是其电化学性能的另一个重要的应用领域。Azam[7]合成的花状结构SnO2可用于CO和乙醇的气体传感器, 基于纳米花状SnO2的传感器在探测CO和乙醇气体时显示出非常高的响应;275℃时在自动化的传感系统中基于SnO2纳米花的传感器对CO和乙醇的传感反应最灵敏, 响应值分别是1217和4070, 并且在 (50～1000) ×10-6范围内, 随着CO浓度的增加, 响应值不断增加。Song等[23]合成的CuO花状纳米结构作为活性电极用于无酶安培型H2O2传感器, 由于其花状的形貌具有高表面积和高电子迁移速率, 将其作为电极材料制备的H2O2传感器有很高的灵敏度和宽的线性响应范围、低的检出限等良好性质, 所以是研制用于食品工业、临床和环境分析等领域的H2O2浓度的安全可靠和微型传感器设备的良好材料。Bai等[17]在多壁碳纳米管上电沉积得到ZnO纳米花, 用于修饰玻碳电极制备传感器, 具有优良性能, 电极在-0.11V下对过氧化氢的线性响应范围为9.9×10-7～2.9×10-3mol/L, 相关系数为0.991, 响应时间小于5s。制得的生物传感器具有快速响应、宽线性响应范围以及良好的稳定性。

3.4 磁性能研究

Zeng等[28]除了研究多孔花状纳米结构α-Fe2O3在锂离子方面的应用外, 还对其磁性能进行了研究, 发现花状结构α-Fe2O3除继承了纳米管和纳米带的磁性质外, 在5K时的残余磁化和矫顽力比300K时大了许多, 而且两种情况都未达到饱和磁化, 可能原因是花状结构表面多孔结构自旋无序, 在相对低的温度下, 粒子交换占主导地位, 表面自旋变得有序, 使得相应的磁化增加。Hao Li 等[30]对合成的由纳米片构成的花状Co微晶的磁性能测试发现, 花状Co微晶的矫顽力高达407.3Oe, 比块状Co金属高出许多, 此性能可以用于高密度的磁记录材料和永久性磁体。

4 结束语

非金属及其化合物（四） 篇8

1.下列有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是（ ）

A.浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色

B.硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2

C.硝酸可与Na2S反应制得H2S气体

D.浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色

2.汽车排放的尾气中含有NO2，NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下，NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应，从而不断产生O3，加重空气污染。反应过程为①2NO2→2NO+2O；②2NO+O2→2NO2；③O+O2→O3。下列对该反应过程及产物叙述正确的是（ ）

A.NO2起催化剂作用

B.NO起催化剂作用

C.NO2只起氧化剂作用

D.O3与O2互为同分异构体

3.现有等体积混合而成的4组气体：①NO2+NO、②NO2+O2、③HCl+N2、④Cl2+SO2。现将其分别通入体积相同的试管中并立即倒立在足量水中，试管内水面上升的高度分别为h1、h2、h3、h4，则高度关系是（ ）

A.h4>h2>h3>h1 B.h4>h3>h2>h1

C.h2>h3>h1>h4 D.h3>h2>h1>h4

4.把3体积NO2气体依次通入饱和NaHCO3溶液、浓硫酸、Na2O2后（假设每一步反应都充分），再用排水法收集残留气体，则收集到的气体是（ ）

A.1体积NO B.1体积NO2和[12]体积O2

C.[14]体积O2 D.[13]体积NO

高一化学知识点:金属及其化合物 篇9

1.碱金属元素原子半径越大，熔点越高，单质的活泼性越大

错误,熔点随着原子半径增大而递减

2.硫与白磷皆易溶于二硫化碳、四氯化碳等有机溶剂，有机酸则较难溶于水

3.在硫酸铜饱和溶液中加入足量浓硫酸产生蓝色固体

正确,浓硫酸吸水后有胆矾析出

4.能与冷水反应放出气体单质的只有是活泼的金属单质或活泼的非金属单质

错误,比如2Na2O2+2H2O→O2↑+4NaOH外语学习网

5.将空气液化，然后逐渐升温，先制得氧气，余下氮气

错误,N2的沸点低于O2,会先得到N2,留下液氧

6.把生铁冶炼成碳素钢要解决的主要问题是除去生铁中除Fe以外各种元素，把生铁提纯

错误,是降低生铁中C的百分比而不是提纯

7.虽然自然界含钾的物质均易溶于水，但土壤中K%不高，故需施钾肥满足植物生长需要

错误,自然界钾元素含量不低，但以复杂硅酸盐形式存在难溶于水

8.制取漂白粉、配制波尔多液以及改良酸性土壤时，都要用到熟石灰

正确,制取漂白粉为熟石灰和Cl2反应,波尔多液为熟石灰和硫酸铜的混合物

9.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于酸溶液

错误,SiO2能溶于氢氟酸

10.铁屑溶于过量盐酸，再加入氯水或溴水或碘水或硝酸锌，皆会产生Fe3+

错误,加入碘水会得到FeI2,因为Fe3+的氧化性虽然不如Cl2,Br2,但是强于I2,在溶液中FeI3是不存在的

元素化合物知识点的全部内容就是这些，育路网预祝大家可以取得优异的成绩。

原子结构必备知识点

主要知识有：原子的结构、构成原子后离子粒子间的数量关系、元素与同位素、核外电子排布的一般规律、核外电子的运动特征、核外电子的构造原理、有关相对原子质量的计算等知识，知识的特点是抽象。在学习时要注意理解。

1、原子结构与元素在周期表中的位置关系(元素在周期表中的位置由原子结构决定)原子核外电子层数决定元素所在的周期：周期序数=原子核外电子层数;原子的价电子总数决定元素所在的族，周期表上的外围电子排布称为“价电子层”，这是由于这些能级上的电子数可在化学反应中发生变化，“价电子”即与元素化合价有关的电子，元素周期表的每个纵列的价电子层上电子总数相同，对于主族元素，价电子指的就是最外层电子，所以主族元素其族序数=价电子数=最外层电子数。而副族元素的族序数不等于其最外层电子数，其族序数跟核外电子的排布有关。

2、原子半径：原子半径的大小取决于两个相反的因素：一是电子的能层数 ，另一个是核电荷数。电子层数越多，电子间的排斥将使原子半径增大;而当电子层数相同时，核电荷数越大，核对电子的吸引力也越大，将使原子半径缩小。①电子能层数：电子能层数越多，原子半径越大;②核电荷数：核电荷数越大，原子半径越小。

3、在原子里，原子核位于整个原子的中心，电子在核外绕核作高速运动，因为电子在离核不同的区域中运动，我们可以看作电子是在核外分层排布的。经过大量的科学实验和理论分析，我们得知核外电子的排布遵循以下规律：

(1)核外电子是分层排布的，并且电子总是尽先排布在能量最低的电子层里，然后由里及外排布在能量稍高的电子层里。即排满层再排L层，排满L层再排M层。

(2)每一电子层里最多容纳电子数为2n2。即第一电子层最多容纳2个，第二电子层最多容纳8个，第三电子层最多容纳18个……

(3)最外层电子数不超过8个(为最外层时不超过2个)。

(4)次外层电子数不超过18个，倒数第3层电子数不超过32个。

常见考法

本知识单独考查的很少，主要结合元素周期律来考查，考查的形式有选择、填空、推断等，该类题目的难度较大，在学习时一定要结合元素周期表来学习原子结构，理解原子结构与元素性质的关系。

误区提醒

1、核外电子排列规律;

2、原子的内部结构与关系;

高一化学知识点:金属及其化合物 篇10

1、 掌握硅及其化合物的结构与化学性质，并在信息处理中建构知识。 2、 通过结构认识性质，了解硅及其化合物的用途。 能力目标

1、 归纳思维能力

通过各种资源的`呈现，提炼出硅及其化合物的性质 2、 分析能力

通过硅的原子结构，学会分析硅可能具有的性质。

通过提供的各种资源，了解硅及其化合物在日常生活中作用 3、 自学能力

本节部分内容属于了解层次，学生通过资料探究，掌握归纳总结学习的方法 通过协作学习，学会团队合作解决学习任务

教学重点

1、 硅和二氧化硅的性质。

2、 以生活的事例为切入点，联系硅结构与用途的必然联系。 教学难点

1、 硅化合物的丰富性和多样性

2、 通过资料探究，学生自主学习硅的知识。 教学过程

1、地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是( ) A、熔点很高 B、与水反应生成对应的酸 C、可与烧碱反应生成盐 D、坚硬

2、下列物质中，主要成分不是SiO2的是( ) A、金刚砂 B、玛瑙 C、水晶 D、石英

3、要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是( ) A、纯碱溶液 B、盐酸 C、硫酸 D、苛性钠溶液 4、下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是( )

A、烧碱溶液 B、浓硫酸C、氢氟酸 D、碳酸钠溶液

5、将过量的分别通入①CaCl2溶液，②Na2SiO3溶液，③Ca(OH)2溶液，④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是( )

A、①②③④ B、②④ C、①②③ D、②③

6、下列各组物质有关性质关系的比较，正确的是( ) A、稳定性：CO2> SiO2 B、酸性： H2SiO3> H2CO3 C、熔点：SiO2> CO2 (干冰) D、硬度：SiO2

B、SiO2与任何酸都不起反应

C、光导纤维被广泛应用于信息传输

高一化学知识点:金属及其化合物 篇11

A. 玻璃和水泥都属于无机硅酸盐材料，其生产过程都需要使用石灰石

B. 钢铁里的铁和碳在潮湿的空气中因构成原电池而易发生电化学腐蚀

C. 晶体硅是重要的半导体材料，二氧化硅是制造光纤的主要材料

D. 居室装修材料如化纤地毯、三合板、花岗岩等均会释放出污染空气的甲醛气体

2. 将SO2气体通入BaCl2溶液至饱和，无沉淀生成，再通入另一种气体有沉淀生成，则第二次通入的气体可能是下列气体中的（ ）

①NO2 ②CO2 ③Cl2 ④HCl ⑤NH3 ⑥H2S

A. ①②③⑤ B. ①④⑤⑥

C. ①③⑤⑥ D. ②③⑤⑥

3. 下列关系图中，A是一种正盐，B是气态氢化物，C是单质，F是强酸。当X无论是强酸还是强碱时，都有如下转化关系（其他反应产物及反应所需条件均已略去）；当X是强碱时，过量的B跟Cl2反应除生成C外，另一产物是盐酸盐。下列说法中不正确的是（ ）

A. 当X是强酸时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F可能是H2SO4

B. 当X是强碱时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F是HNO3

C. B和Cl2的反应是氧化还原反应

高一化学知识点:金属及其化合物 篇12

运用分子设计和晶体工程中的有关原理和方法,对金属有机骨架化合物材料实现分子剪裁和分子组装,使之具有新颖结构和优良性能,已成为配位化学和无机化学领域的研究热点之一。穿插金属有机骨架化合物由于其自身结构的特殊性使金属有机骨架化合物材料具备了更独特的性质,引起了人们的广泛关注。穿插现象在宏观世界中普遍存在,但是在微光世界中并不常见。穿插网金属有机骨架化合物的设计思想来源于艺术与建筑的巧妙结合[1],正如Joel S.Miller在其发表的论文中这样描述到:“在无法追查的过去时代里,艺术和建筑的融合已经引起了人们广泛的研究兴趣,这个好奇心被应用到了分子的拓扑结构和功能材料上,它们通过对称和紧密堆积型的分子有目的地合成。”

近年来,已有不少的资料报道了穿插网金属有机骨架化合物,它们从基于刚性配体与过渡金属构筑的化合物发展到柔性配体(柔性脂肪羧酸和芳香环柔性羧酸类配体)和“刚柔并济”的有机配体与过渡金属构筑的化合物[2,3,4,5],同时也初步探索了其合成规律和结构与性能之间的构效关系,促进了金属有机骨架化合物材料的迅速发展。

1 穿插网金属有机骨架化合物的特点

随着穿插网金属有机骨架化合物结构的陆续报道,不仅丰富了金属有机骨架网的结构类型,也为人们对金属有机骨架化合物的认识提供了借鉴和帮助。许多有趣的网络单元以不同的方式交织在一起,形成结构更为复杂的网络图,穿插体系比起单一的网络图其结构更具有复杂性,具有周期性的网络骨架至少在一维方向上相互锁套或相互交织,很大体系则可以被认为是有限分子网的规则重复排列。值得注意的是穿插网并非是分子网简单的重叠,而是必须通过打破开网连接环才能将其分开的才属于穿插网,反之为非穿插结构。例如图1中的分子只是简单的落在一起,并不需要打破开网连接环就能将其分开,所以此结构并未构成穿插结构。

然而要描述一个穿插结构,就要对每个拓扑网进行分析,然后再分析整个拓扑网[6,7]。首先,分析每个拓扑网的维数(1D,2D或3D);如果该拓扑网是一维或者二维,它们可能有两种相互穿插方式,即,平行穿插和倾斜穿插(塌陷穿插)。网之间相互穿插可以形成更高维数的穿插结构,比如1D拓扑网通过穿插可以形成1D,2D或3D拓扑网,2D拓扑网通过倾斜穿插可以形成3D网(如果相互穿插的网络平均平面有高度的错位,可通过平行穿插形成3D骨架网)。常见的拓扑网穿插类型[8]有:0D→0D,1D→1D,1D→2D,1D→3D,2D→2D,2D→3D,3D→3D,1D+2D→3D等。其次,要用一个图示符号来完成穿插网的描述;如对以上1D或2D穿插网为例可描述为mD(/nD)→pD(m,n≤p)。如果相互穿插网络维数不同,则mD被mD/nD取代;如果相互穿插的维数相同但拓扑不同,则mD被mD/mD取代。如图2是低维网络通过穿插后形成的高维网络示意图。

此外,还需用拓扑符号来标记所形成的穿插网。拓扑方法使得晶体结构变得简化,而合理的选取点是拓扑学表达结构的关键,常见的选取点有三种:以金属离子作为点;以配体作为点;以金属离子和配位原子为点。所选取的节点不同,得到的拓扑图也就不同。得到拓扑图后,要用拓扑标记来表达结构。拓扑的符号标记常见的有简单标记、Schlafli标记以及顶点标记[9],这三种标记中最常使用的为Schlafli标记,即AaBbCc,A/B/C表示各类回路的大小,a/b/c表示各类回路的数目,但是对于某些不同结构具有相同的Schlafli标记,如103可以表示为103-a,103-b,103-c等,这里的回路是指只从角的顶点沿其中一边起始,途中经过若干个点,最后回到原点处,在这个过程所形成的最短路径。其大小由回路的点的数目来决定,如2D结构:三元、四元、六元环等;3D结构:三元、四元、六元、八元、十元和十二元环等。但是若通过连接对的最小回路含有捷径,该回路就不叫环,而且所有最小的环是最小的回路,但最小的回路不一定是最小的环。如图3是一个2D的TiS2拓扑网,Schlafli标记为(43)2(46·66·83)。

2 穿插网金属有机骨架化合物的设计合成

刚性配体由于其在配位过程中,配位构型和配位点的间距不易发生明显的变化,减少了与金属组装过程中的不确定因素,易于对整个骨架网络预测和调控,因此是合成金属有机骨架化合物的良好载体。近年来通过研究发现,柔性配体的配点的间距、夹角和配位基团的形状在反应过程中会随着反应体系和金属中心的改变而变化,这个特点更加激起了配位化学家的研究兴趣,并受到化学家们的青睐。如西北大学的王尧宇课题组最近报道的一个V型柔性羧酸配体4,4'-氧化二苯甲酸(H2oba)与柔性含氮辅助配体1,3-二(4-吡啶基)丙烷(bpp)和铜离子自组装形成了一个2D→2D的二重平行穿插拓扑网(如图4所示)。在这个反应体系中,柔性芳香羧酸配体4,4'-氧化二苯甲酸(H2oba)具有如下特点:ⅰ)构型都可以改变,其中的两个苯环不处于同一平面,存在一定的角度,因此与金属离子配位易于形成螺旋链,而且配体的尺寸比较长,便于形成穿插结构。ⅱ)自身的苯环具有刚性与金属离子连接易于形成高维且有空洞的结构;ⅲ)苯环中共轭体系的存在便于电子之间的传递,使得化合物具有特殊的性能;ⅳ)羧基的配位模式丰富,可以以单齿、螯合、桥连等模式配位;ⅴ)羧酸容易全部脱质子或部分脱质子,可以作为氢键的给体或受体以稳定化合物结构;ⅵ)辅助配体柔性和尺寸也有利于形成穿插结构。

3 合成穿插结构的影响因素

合成影响因素一直是我们研究和探索的重点和难点。选择合适的有机配体对合成穿插结构的配合物具有重要的作用,如有机配体的配位模式、构型、柔韧程度和尺寸、形状等都可以影响到最终网络结构类型;另外还有金属离子(配位几何类型、半径)、辅助配体(柔韧性、尺寸、形状)、抗衡离子、PH值、溶剂、反应摩尔比、反应温度与时间等。其中最明显的是辅助配体的变化导致结构的迥异。如图5是4,4'-氧化二苯甲酸(H2oba)与尺寸较小的刚性辅助配体1,2-二(4-吡啶基)乙烷(bpe)形成2D→3D的三重穿插结构,比较图4和图5可以看出,辅助配体的不同造成最终结构也不同。可见,柔性配体与辅助配体的结合也是构筑穿插金属有机骨架化合物材料的良好途径。

(上)及其拓扑网图(下)

4 应用前景

具有穿插结构的化合物晶体已经报道过不少,除了它们在结构上的新颖外,通过格子间穿插堆积成的晶体材料在性能上更具有独特性,主要表现如下几个方面:ⅰ)化合物密度的增加;ⅱ)化合物磁耦合增强;ⅲ)导电性增强;ⅳ)多孔性增大和吸附能力增强;ⅴ)非线性光学性增强;ⅵ)热稳定性增强和具有骨架柔性动态可塑性[1,10,11]等。因此,这些特点使得穿插结构的化合物晶体在光、电、磁、吸附、分离、催化等领域有潜在的应用并能够带来更大的商业价值。

参考文献

[1]J.S.Miller,Interpenetrating Lattices—Materials of the Future,Adv.Mater.,200113,525-527.

[2]A.Sudik,A.Cote and A.Wong-Foy,A Metal-Organic Framework with a Hierarch-ical System of Pores and Tetrahedral Building Blocks,Angew.Chem.Int.Edit.,2006,V118,2615-2618.

[3]Y.Wang,T.Okamura,and W.Y.Sun,Large(H2O)56(OH)6and(H2O)20Clusters in-side a Nanometer-Sized M6L8Cage Constructed by FiveCoordination Copper(И)and Flexible Carboxanide-Containing Tripodal Ligand,Cryst.Growth.Des.,2008,V8(3),802-804.

[4]X.L.Wang,C.Qin,and E.B.Wang,Interlocked and Interdigitated Architecures from Self-Assembly of Long Flexible Ligands and Cadmium Salts,Angew.Chem.Int.Edit.,2004,V116,5146-5150.

[5]X.L.Wang,C.Qin,and E.B.Wang,Entangled Coofdination Networks with Inh-erent Features of Polycatenation,Polythreading,and polyknotting,Angew.Chem.Int.Edit.,2005,V117,5974-5977.

[6]S.R.Batten,R.Robson,Interpenetrating Nets:Ordered,Periodic Entanglement,Angew.Chem.Int.Edit.,1998,V37,1460-1494.

[7]M.Du,Z.H.Zhang,and S.R.Batten,Molecular Tectonics of MetalOrganic Fra-meworks(MOFs)-A Rational Design Strategy for Unusual Mixed-Connected Net-work Topologies,Chem-Eur.J.,2007,V13,2578-2586.

[8]J.Q.,Liu,Y.Y.Wang,and Q.Z.Shi,Two Coordination Polymers Displying Unu-sual Threefold1D→1D and Threefold2D→3D Interpenetration Topologies,CrystEngComm.,2009,V11,1207-1209.

[9]X.D.Guo,G.S.Zhu,and S.L.Qin,Rare Earth Coordination Polymers with Zeo-lite Topology Constructed from4-Connected Bilding Units,Inorganic Chemistry.,2006,V45(10),4065-4070.

[10]J.L.Manson,A.L.Rheingold,and J.S.Miller,,Structure and Magnetic Proper-ties of Mn[N(CN)2]2(pyrazine).An Antiferromagnet with an Interpenetrating3-D Network Structure,J Chem Soc.Dalton.Trans.,1998,3705-3706.

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