过渡金属化合物（共7篇）
过渡金属化合物 篇1
稀土铕配合物由于特有的发光性能和广泛的应用前景, 多年来一直是科学家研究的焦点［１－３］。然而多数铕配合物受到各种猝灭效应的影响,使其荧光强度,稳定性,以及寿命有所降低［４］。为提高铕配合物的发光强度,研究者做了不少的努力尝试［５－６］,如铕配合物体系中加入稀土离子(如La３＋, Gd３＋等),形成掺杂配合物,使荧光增强［７－８］,借助功能阳离子实现铕配合物的敏化发光［９］等。
Chen等［１０］对1a进行了研究和表征。在配合物1a受热失去自由水、DMF及配位的DMF后,在保持金属有机框架不变的情况下形成2a。结构分析发现,该配合物有着6.3× 8.5 的一维规整的六边形通道,并且配体中的吡啶基团的N原子都朝向空腔,能够吸附亲N原子的过渡金属离子,形成稳定的刚性统一体,并改变了配合物本身的化学微环境,从而影响了原配合物的发光性能。Chen等还对铕配合物与不同价态的不同浓度的金属离子吸附体进行发光性能研究,得到金属离子的介入对配合物发光强度有猝灭效应,并且发现了2a是一种高选择性对Cu２＋的探针。然而,Chen等并未对不同价态的过渡金属离子进行研究。因此,本研究在此研究基础上, 通过不同价态以及不同浓度的3种具有代表性的过渡金属离子如Ag＋、Cu２＋和Fe３＋等在被2a吸附后对其荧光强度的影响研究,发现低浓度过渡金属离子的介入,对原配合物的发光强度具有敏化作用(增强),高浓度的金属离子不管价态都具有猝灭效应。与Chen等研究的结果有所不同的是,浓度在10－５mol/L时,不同价态的金属离子对配合物发光性能都有增强,其中以Cu２＋离子增强效果最强,Fe３＋离子的则最弱。
1实验部分
1.1试剂与仪器
[Eu(NO３)３]·6H２O,3,5-二羧基吡啶、DMF、M(NO３)ｘ(M=Fe３＋,Cu２＋,Ag＋),均为市售,均为分析纯试剂,采购后没有进行进一步加工提纯处理。蒸馏水采用二次蒸馏水。
X-射线粉末衍射仪;F-4500荧光分光光度仪。
1.2配合物的合成
配合物根据参考文献[10-11]合成。 具体方法如下: 200mL DMF溶液中加入1.12g(2.617mmol)的[Eu(NO３)３]· 6H２O和0.614g(3.674mmol)的3,5-二羧基吡啶,并将得到的混合溶液转移到400mL聚四氟乙烯瓶中,密闭条件下加热到115℃,持续24h,就得到黄色发亮的针状晶体1a。并用粉末衍射检查样品的纯度。
配合物1a减压条件下加热到150℃,持续24h,在脱去原有的自由的水和DMF以及配位的DMF,得到2a。
1.3铕配合物与金属离子吸附体的制备
各称取10mg 2a,分别加入含有不同浓度M(NO３)ｘ(M= Fe３＋,Cu２＋,Ag＋)的DMF(2mL)溶液中,进行充分吸附固定。 然后把固相过滤出来,在50℃烘箱中放置24h,得到铕配合物与金属离子的吸附体。
2结果与讨论
2.1配合物X-射线粉末衍射分析
如图1所示,X-射线衍射线在模拟与合成2种状态下分布位置与强度相似,活化状态下则发生了明显的变化。把衍射线的分布位置和强度与Chen等的研究结果对比,虽然活化曲线有少许差别,但总体有非常高的相似度,应属于同一种物质。
2.2配合物发射光谱分析
在最佳激发波长(375nm)下,发射波长450~700nm范围内,得到了各种强度不同但峰形相似的发射光谱［１２］。如图2、 3、4所示,在595nm和621nm的两处峰分别属于铕的5 D０→７F１和５D０→７F２能级跃迁,电偶极跃迁产生的光强度峰明显高于磁偶极跃迁所产生的峰。随着M(NO３)ｘ浓度的降低发光强度明显增强。与纯铕配合物发光强度比较(如表1以５D０→７F２跃迁为例),在浓度为10－２mol/L的3种金属离子的影响下,铕配合物产生猝灭作用,但随着金属离子浓度的降低,吸附体的发光强度逐渐升高,在10－５mol/L时,发光强度最高,产生敏化作用。大量资料表明,铕配合物是通过内部之间的能量传递来敏化发光的,浓度过高,由于浓度猝灭效应的影响,使配合物分子内能量传递受到阻碍,发光强度有所降低［１３］。然而,随着金属离子浓度的降低,金属离子在铕配合物内表现出一定的活跃性,与配体吡啶碱结合能力大大提高,配合物刚性增强,敏化了铕配合物的发光强度。
虽然铕配合物的发光强度都是随着各种金属离子浓度的降低而增强,但是金属离子不同,它们的增长幅度也不相同, 相对于纯铕配合物的发光强度,10－５mol/L Fe３＋的吸附体的荧光强度增加了246.1,而相同浓度下的Cu２＋、Ag＋分别增加了965.1和896.1。这主要是因为不同金属离子的介入改变了铕配合物的结构特性与化学微环境,从而改变了铕配合物的发光性能,相似的研究在文献中也出现过［１４－１５］。另外金属等离子体的共振效应与荧光分子相互作用,使配合物的发光强度增强［１６］。
3结论
将不同浓度的M(NO３)ｘ金属盐化合物吸附在[Eu(3,5- 二羟基吡啶)１．５]中通过F-4500荧光分光光度仪测定,研究了不同浓度的金属离子对铕配合物发光强度方面的影响,从而得出高浓度的金属离子对铕配合物的发光强度具有猝灭作用,低浓度的金属离子对铕配合物的发光强度具有敏化加强作用,与Chen等研究的结果有所不同。另外,10－５mol/L相同浓度下不同金属离子的对铕配合物发射强度敏化效果也不同,Cu２＋敏化效果最强,Fe３＋则最弱。
过渡金属化合物 篇2
随着高新技术的快速发展, 工业领域上对各种特性材料的要求也越来越高。如新型涂层材料、陶瓷材料、研磨切割材料等在工业生产中应用广泛, 这些材料都要求具有较高的热稳定性及机械稳定性。众所周知, 在自然界中, 金刚石是硬度最大的物质, 然而在自然界中其含量稀少。早在1955年, 人类首次利用高温高压技术制成了人工金刚石, 但人工金刚石在高温或高压下极易与其他元素发生反应或转化为石墨, 因此工业应用上受到很大局限。因此, 寻找新的合成硬度材料成为众多学者的研究课题。过渡金属碳、氮化物具有高硬度、高熔点、耐腐蚀等优良物理性质, 引起了科学家的极大关注。
1 计算方法
物质由大量原子和分子组成, 在高温高压条件下, 物质体积压缩, 原子或分子之间距离减小, 电子能带结构或者电子态密度会发生强烈变化, 从而导致物质结构及性质发生变化。物质化学构成和物理性质相同的一组状态称为相, 不同的压强下会衍生出不同的物质结构, 因此, 在不同的外界压强条件下, 物质将发生不同的相变。另外, 高压加工可以改变材料的韧脆性。例如, 应用高压技术可以将一些材料加工成异形截面的棒材;利用冲击高压诱发各种缺陷并运动, 进而达到材料硬化。工业上, 陶瓷、耐火材料的烧制和重结晶, 瓷釉和各种复合材料的熔融等都是利用了高压相变、形变强化的重要原理。
尽管高压技术在实验中已取得巨大进步, 然而由于试验中样品受压效果微弱、试件用量少、测量时间短等种种非控因素, 使得高压下合成新的物质结构仍存在很多困难。通过理论物理计算对所研究的物质特性进行前期评估, 可以为实验研究提供准确的研究方向。因此, 理论计算将理论物理与实验物理紧密地联系在了一起。
计算机模拟是指利用计算机模拟真实材料体系与外界的相互作用, 进而对材料微观结构的某些特性进行预测。第一性原理方法是利用密度泛函理论建立起来的一种计算方法。它是从原始的哈密顿量出发, 采用5个基本的物理常数:m0、e、h、c、kB, 经过一些近似处理直接求解薛定谔方程的算法, 是计算机模拟常用的方法之一。
另外, 随着CALYPSO (Crystal structure Ana LYsis by Particle Swarm Optimization) 以及类似一些软件的开发, 基于粒子群优化算法的晶体结构, 根据物质化学组成成分和外界一定条件就可以寻找出不同维度的材料结构。这种根据材料的化学配比和给定的外界条件 (如压力和温度) , 通过计算总能对晶体或团簇进行结构预测, 寻找体系的基态及亚稳态结构的方法, 对发现并设计研究新的功能材料 (如超导、超硬材料等) 的设计研究, 提供了重要的研究思路。
2 研究进展
5d过渡金属具有相当高的体模量, 但是剪切模量却很小, 因此硬度很低。将5d过渡金属中掺入氮、碳等元素, 从而在非金属的p轨道和金属的d轨道之间形成一种σ能带结合状态, 这种由于金属与非金属原子之间的电子轨道杂化形成的共价键可以强烈地抵抗形变应力, 使得这些化合物具有较高的体模量及较强的硬度[1]。
2.1 一些5d过渡金属碳化物的研究情况及分析
2012年, Zhao、Wang和Meng等人[2]基于密度泛函理论研究发现Re C在Na Cl、Cs Cl、WZ (wurtzite) 、ZB (zinc blende) 、Ni As和WC这六种晶体结构中WC结构是最稳定结构。2014年, Lei、Zhu和Hao等人[3]应用Vanderbilt超软赝势中的GGA近似理论探究了Re C的以上六种结构的焓变图以及Re C-WC的声子色散曲线, 研究发现Re C-WC是热力学及动力学上最稳定的结构。另外, Gou、Hou、Zhang等人[4]得到Re C-WC在高压下具有较高的体模量及剪切模量, 进而理论计算得出其高压硬度大于金刚石的结论。1960年, Kempter和Nadler[5]实验合成了Os C。2005年, Zheng[6]通过理论计算得到Os C-WC的体模量比金刚石的略小, 比BN的略大。
结合密度泛函理论, 采用第一性原理计算方法, 人们对5d过渡金属碳化物的WC结构的弹性性质进行了大量的研究, 根据图1可以得知Re C-WC的体模量最大, 而WC-WC的硬度最大。
2.2 一些5d过渡金属氮化物的研究情况及分析
近几年, 由于5d过渡金属氮化物Pt N、Ir N、Os N等在实验上的相继合成[7,8,9,10], 也激发了众多学者对5d过渡金属氮化物的研究兴趣。在早期的过渡金属氮化物中, 以Na Cl晶体结构为主, 在近期的过渡金属氮化物的晶体结构研究中则以闪锌矿 (ZB) 结构为主, 然而由于物质晶体结构的不稳定性, 在一定压强下, 又会衍生出不同的晶体结构。尤其是对于5d过渡金属氮化物, 经研究, 不同金属的氮化物零温零压下具有不同的最稳定结构, 并且在不同的压强下有不同的相变结构, 这就使得工业上不同的功能材料针对不同的外界条件 (如温度、压强等) 会有不同的选择。
结合CALYPSO程序的应用, Wang、Yao和Lian等人[11]发现Re N有潜在的Na Cl、Cs Cl、ZB、Nb O、WZ、Ni As、WC、Pt S、Pmn21和Cmc21这十种结构, 并且通过计算零温零压下的单位原子总能发现Re N-Nb O具有最稳定结构。同样的方法, Liu、Zhou、Gall[12]研究了5d过渡金属氮化物在零温零压下的Nb O晶体结构, 见图2所示, 同样我们可以得出Re N-Nb O的体模量最大, 而WN-Nb O的硬度最大。
3 结束语
关于5d过渡金属Hf、Ta、W、Re、Os等的碳、氮化合物的理论研究还有很多都取得了一定的进展。然而我们可以预测Re C/Re N, WC/WN这四种物质在超硬材料的方面具有很大的应用前景。
参考文献
[1]Jhi S H, Ihm J, Louie S G, et al.Electronic mechanism of hardness enhancement in transition-metal carbonitrides[J].Nature, 1999, 399 (6732) :132-134.
[2]Zhao E, Wang J, Meng J, et al.Ab initio study on the electronic and mechanical properties of Re B and Re C[J].Journal of Solid State Chemistry, 2009, 182 (4) :960-965.
[3]Lei H R, Zhu J, Hao Y J, et al.Pressure-induced structural phase transition, elastic and thermodynamic properties of Re C under high pressure[J].Solid State Sciences, 2015, 48:49-55.
[4]Gou H, Hou L, Zhang J, et al.Pressure-induced incompressibility of Re C and effect of metallic bonding on its hardness[J].Applied Physics Letters, 2008, 92 (24) :1901.
[5]Kempter C P, Nadler M R.Thermal decomposition of niobium and tantalum monocarbides[J].The Journal of Chemical Physics, 1960, 32 (5) :1477-1481.
[6]J.C.Zheng, Phys.Rev.B 72, 052105 (2005) .
[7]Gregoryanz E, Sanloup C, Somayazulu M, et al.Synthesis and characterization of a binary noble metal nitride[J].Nature materials, 2004, 3 (5) :294-297.
[8]Crowhurst J C, Goncharov A F, Sadigh B, et al.Synthesis and characterization of the nitrides of platinum and iridium[J].Science, 2006, 311 (5765) :1275-1278.
[9]Young A F, Sanloup C, Gregoryanz E, et al.Synthesis of novel transition metal nitrides Ir N 2 and Os N 2[J].Physical review letters, 2006, 96 (15) :155501.
[10]Crowhurst J C, Goncharov A F, Sadigh B, et al.Synthesis and characterization of nitrides of iridium and palladium[J].Journal of Materials Research, 2008, 23 (01) :1-5.
[11]Wang Y, Yao T, Li H, et al.Structural stability, phase transition, and mechanical and electronic properties of transition metal nitrides MN (M=Tc, Re, Os, and Ir) :First-principles calculations[J].Computational Materials Science, 2012, 56:116-121.
金属和金属化合物的学习 篇3
一、金属的物理性质
1. 金属具有许多共同的物理性质。如常温下都是固态(汞常温下是液态),具有金属光泽,不透明,导电性、导热性好,熔点沸点高,密度、硬度较大,有延展性。
2. 金属和金属化合物有一些比较特殊的性质
(1) Fe,Mg呈银白色,汞为银白色液体。
(2)Cu呈紫红色,Au为黄色。紫黑色固体:KMnO4。
(3)黑色固体:铁粉、CuO、MnO2、Fe3O4、FeO。
(4)白色固体:MgO、CaO、NaOH、Ca(OH)2、KCO3、KCl、Na2CO3、NaCl无水CuSO4。
(5)红色固体:Cu、Fe2O3、HgO。
(6)Cu2(OH)2CO3为绿色,CuSO4.5H2O为蓝色。
(7)沉淀颜色:Cu(OH)2为蓝色,Fe(OH)3为红褐色。
(8)溶液的颜色:含有铜离子的溶液呈蓝色,含有亚铁离子的溶液呈浅绿色,含有铁离子的溶液呈棕红色,高锰酸钾溶液呈紫红色,其他溶液一般无色。
二、金属的化学性质
1. 金属与氧气的反应。
金属+氧气→金属氧化物
(1)Mg、Al与氧气在常温下反应:
(剧烈燃烧、发出耀眼白光、生成白色固体、放热、产生大量白烟)
(银白金属变为白色固体)
(2)Fe、Cu与氧气在加热或点燃条件下反应:
2. 金属与酸的反应。
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑(反应较快,有大量气泡产生、金属颗粒逐渐溶解)
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑(有大量气泡产生、锌粒逐渐溶解实验室制备氢气)
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑(反应较慢,有大量气泡产生、金属颗粒逐渐溶解)
Cu与稀硫酸不发生反应。
3. 金属与金属化合物溶液反应。
金属单质+化合物→另外一种金属+另外一种化合物
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu (铁溶解,有红色物质生成,溶液颜色变浅)
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu (有红色物质生成,溶液蓝色变浅)
Cu+Hg(NO3)2=Cu(NO3)2+Hg(铜表面发黑,时间较长时在铜表面出现银亮的微小汞珠或汞珠落入溶液底部,铜被腐蚀。)
4. 金属氧化物与酸的反应。
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O (红色氧化铁消失,生成黄褐色溶液)
Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O(红色氧化铁消失,生成黄色溶液)
CuO+2HCl=CuCl2+H2O (黑色氧化铜消失,生成蓝绿色溶液)
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O (黑色氧化铜消失,生成蓝色溶液)
MgO+H2SO4=MgSO4+H2O (白色氧化镁消失,生成无色溶液)
CaO+2HCl=CaCl2+H2O(白色氧化钙消失,生成无色溶液)
三、金属活动性顺序
从上面金属的化学性质中,推导出金属活动性顺序:
K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb(H) Cu、Hg、Ag、Pt、Au
1. 在金属活动性顺序里,金属的位置越靠前,它的活动性就越强,化学性质就越活泼。
2. 在金属活动性顺序里,位于H前面的金属能置换出稀盐酸、稀
硫酸中的氢,生成氢气。
3. 在金属活动性顺序里,位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来。
习题:
1.质量相同的下列金属,分别加入到足量的稀盐酸中充分反应,放出氢气最多的是()
A.Mg B.Al C.Cu D.Zn
2.往含有FeSO4和CuSO4的溶液中加入一定质量的锌粒,充分反应后过滤,向滤渣中加入稀硫酸,有气泡产生,根据现象得出的正确结论是()
A.滤渣中只有Cu B.滤渣中一定有Fe
C.滤渣中一定有Zn D.滤渣中一定有Cu、Fe、Zn
3.已知A、B为黑色粉末,B为单质,D为红色单质。A、B、C、D、E五种物质之间的转化关系如下图所示,请回答:
(1)写出下列物质的化学式:A:＿＿＿＿＿＿C:＿＿＿＿＿＿
(2)写出反应①、②的化学方程式:＿＿＿＿＿＿;＿＿＿＿＿＿。
4. 某固体混合物可能含有CaCO3、NaCl、CuO、Fe2O3、木炭粉中的一种或几种,为确定其组成,进行如下实验后回答问题:
(1)混合物中肯定含有＿＿＿＿＿＿
(2)推导出A是＿＿＿＿＿＿;D是＿＿＿＿＿＿;E是＿＿＿＿＿＿;C是＿＿＿＿＿＿。
(3) C至E的化学方程式:＿＿＿＿＿＿
(4)A至B的化学方程式:＿＿＿＿＿＿
5. 将10gCu-Zn合金粉末放到盛有100g稀硫酸的烧杯中,恰好完全反应,称得烧杯中物质的总质量为109.8g。
(1)生成氢气的质量是多少克?
(2)计算原来Cu-Zn合金中Zn的质量分数是多少?
参考答案
过渡金属化合物 篇4
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
非金属元素及其化合物 篇5
一、碳、硅及其化合物
1.碳、硅及其重要化合物的性质与相互转化关系
2.CO2和SiO2的性质比较
例1. (2015·北京卷) 研究CO2在海洋中的转移和归宿, 是当今海洋科学研究的前沿领域。
(1) 溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在, 其中HCO3-占95%。写出CO2溶于水产生HCO3-的方程式:___。
(2) 在海洋碳循环中, 通过下图所示的途径固碳。
①写出钙化作用的离子方程式:___。
②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下, 将其补充完整:
(3) 海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上, 其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳, 可采用如下方法:
①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收 (装置示意图如下) 。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。
②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3, 再用x mol·L-1HCl溶液滴定, 消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度为___mol·L-1。
(4) 利用下图所示装置从海水中提取CO2, 有利于减少环境温室气体含量。
①结合方程式简述提取CO2的原理:____。
②用该装置产生的物质处理b室排出的海水, 合格后排回大海。 处理至合格的方法是____。
解析: (1) 溶于海水的CO2, 一部分以CO2的形式存在, 另一部分与水反应生成H2CO3, 而H2CO3为弱酸, 极少部分发生电离生成HCO3-和H+, 故溶于海水的CO2主要以CO2、H2CO3、HCO3-和CO32-等4种无机碳形式存在, 化学方程式分别为。 (2) ① 由海洋碳循环的固碳图示可知, HCO3-参与固碳, 生成CaCO3和CO2, 结合质量守恒和电荷守恒写出离子方程式:2HCO3-+Ca2+=CaCO3↓ +CO2↑+H2O。②植物进行光合作用的原理是吸收CO2和H2O, 生成有机物、O2和H2O。由“同位素示踪法证实光合作用释放的O2只来自H2O”可知, 该反应的反应物中, H2O含有18O, CO2不含18O, 结合质量守恒定律补充完整化学方程式。 (3) ①试剂瓶中盛有未酸化的海水, 而题目要求“用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收”, 故应在虚线框中补充分液漏斗, 用于滴加酸来酸化海水, 这里最好选用H2SO4溶液, 不能选用盐酸或硝酸, 其原因是二者都具有挥发性, 易挥发出HCl或HNO3气体, 对测量海水中溶解无机碳的含量产生影响。②HCl溶液滴定NaHCO3的反应原理为NaHCO3+HCl =NaCl + CO2↑ + H2O, 则有n (NaHCO3) =n (HCl) =xy×10-3mol, 海水的体积为z mL=z×10-3L, 从而可得。 (4) ①a室中电极与电源的正极相连, 作电解池的阳极, H2O发生氧化反应, 电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+, 生成的H+通过阳离子膜进入b室, 发生反应HCO3-+ H+=CO2↑ + H2O, 从而提取CO2。②c室中电极与电源的负极相连, 作电解池的阴极, H2O发生还原反应, 电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-, 因此c室排出的海水呈碱性, 用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH, 再排回大海。
(3) ① 答案见右图
(4) ①a室:2H2O-4e-=O2↑ +4H+。H+通过阳离子膜进入b室, 发生反应HCO3-+ H+=CO2↑+H2O ②c室的反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-, 用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH
二、氯、溴、碘及其化合物
1.氯、溴、碘及其重要化合物的性质与相互转化关系
2.从海水中提取溴的基本原理
(1) 流程示意图:
(2) 化学反应原理:
①苦卤制取Br2:用Cl2将Br-氧化生成Br2, 离子方程式为Cl2+2Br-=Br2+2Cl-, 所得Br2的浓度较小;
②Br2的富集:先用SO2吸收Br2, 再用Cl2氧化生成的HBr, 化学方程式为Br2+SO2+2H2O =H2SO4+2HBr, 2HBr+Cl2=r2+2HCl, 离子方程式为Br2+SO2+2H2O=4H++ SO42-+ 2Br-, 2Br-+ Cl2= Br2+2Cl-;
③分离Br2:
3.从海带中提取碘的基本原理
(1) 流程示意图:
(2) 化学反应原理:
①浸泡海带灰, 获得含I-的溶液;
②I2的获得:通入Cl2将I-氧化成I2:2I-+Cl2=2Cl-+I2;
③分离I2。
例2. (2015·重庆卷) ClO2与Cl2的氧化性相近, 在自来水消毒和果蔬保鲜等方面应用广泛。某兴趣小组通过图1装置 (夹持装置略) 对其制备、吸收、释放和应用进行了研究。
(1) 仪器D的名称是___。安装F中导管时, 应选用图2中的____。
(2) 打开B的活塞, A中发生反应:2NaClO3+4HCl ——2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O。为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收, 滴加稀盐酸的速度宜____ (填 “快”或“慢”) 。
(3) 关闭B的活塞, ClO2在D中被稳定剂完全吸收生成NaClO2, 此时F中溶液的颜色不变, 则装置C的作用是____。
(4) 已知在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2, 该反应的离子方程式为____。在ClO2释放实验中, 打开E的活塞, D中发生反应, 则装置F的作用是。
(5) 已吸收ClO2气体的稳定剂Ⅰ和稳定剂Ⅱ, 加酸后释放ClO2的浓度随时间的变化如图3所示, 若将其用于水果保鲜, 你认为效果较好的稳定剂是____, 原因是___。
解析: (1) 仪器D是锥形瓶。装置F左侧连接气体发生装置, 右侧连接尾气处理装置, 应遵循“长进短出”的原则, 故选择装置b。 (2) 使ClO2在D中被稳定剂充分吸收, 必须控制A中生成ClO2的速率, 因此滴加盐酸的速度应较慢。 (3) F中溶液的颜色不变, 说明没有Cl2进入F溶液, 从而推知Cl2被装置C吸收。 (4) 参加反应的离子有ClO2-和H+, 生成的微粒有Cl-和ClO2, 根据化合价升降总数守恒及质量守恒配平该离子方程式。由于ClO2的性质与Cl2相似, 都具有强氧化性, 故能使淀粉-KI溶液变蓝, 利用此性质可验证是否有ClO2生成。 (5) 由图可知, 稳定剂Ⅱ相对于稳定剂Ⅰ, 可以缓慢释放ClO2, 能较长时间维持保鲜所需的浓度。
答案: (1) 锥形瓶b
(2) 慢
(3) 吸收Cl2
(5) 稳定剂 Ⅱ 稳定剂 Ⅱ 可以缓慢释放ClO2, 能较长时间维持保鲜所需的浓度
三、硫及其化合物
1.硫及其重要化合物的性质与相互转化关系
2.从转化规律角度认识硫及其化合物之间的转化
不同价态的含硫物质之间通过氧化还原反应规律来转化, 相同价态的含硫物质之间通过非氧化还原反应规律来转化。
(1) 相同价态的含硫化合物之间, 通过酸、碱、盐之间的反应规律来转化。
①实验室制取H2S:FeS+H2SO4 (稀) =FeSO4+H2S↑;
②实验室制取SO2:Na2SO3+H2SO4 (浓) =Na2SO4+SO2↑+H2O。
(2) 不同价态的含硫化合物之间, 通过氧化还原反应规律来转化。
①当硫元素的化合价升高或降低时, 一般升高或降低到其相邻的价态, 即台阶式升降, 常见转化关系为例如,
②相邻价态的含硫物质之间不发生氧化还原反应。例如, S和H2S、S和SO2、SO2和浓H2SO4之间不发生氧化还原反应。
3.浓H2SO4的“三大特性”
(1) 浓H2SO4具有吸收现成的水 (如气体、液体中的水分子, 以及固体中的结晶水等) 的性质。可用浓硫酸作干燥剂进行干燥的物质有H2、CO、CO2、N2、NO2、NO、O2、SO2、Cl2、HCl等;常见的不能用浓硫酸作干燥剂的物质有H2S、NH3、HBr、HI等。
(2) 浓H2SO4具有脱水性, 可将许多有机物中的氢、氧原子按水分子的组成 (H2O) 比例脱去, 在蔗糖中滴入浓H2SO4, 蔗糖逐渐变黑, 体积膨胀, 形成疏松多孔的海绵状的炭。
(3) 浓H2SO4具有强氧化性, 在加热条件下, 能与大多数金属、非金属单质反应。
例3.下列有关说法中正确的是 ( )
A.H2、SO2、CO2三种气体都可用浓硫酸干燥
B.SO2、SO3混合气体通入Ba (NO3) 2溶液可得到BaSO3和BaSO4
C.在未知液中滴加BaCl2溶液出现白色沉淀, 加稀硝酸, 沉淀不溶解, 说明该未知液中存在SO42-或SO32-
D.在酒精灯加热条件下, Na2CO3、NaHCO3固体都能发生分解
解析:A项, 浓硫酸具有较强的吸水性, 常用作干燥剂, 可干燥酸性气体 (SO2、CO2) 、中性气体 (H2) 等;B项, SO2气体通入Ba (NO3) 2溶液中, 发生氧化还原反应, 生成BaSO4沉淀, 得不到BaSO3;C项, 未知液中滴加BaCl2溶液出现白色沉淀, 加稀硝酸, 沉淀不溶解, 该沉淀可能为AgCl或BaSO4, 则该未知液中存在SO42-或SO32-或Ag+;D项, NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O, 而Na2CO3受热不易分解。
答案:A
例4. (2015· 安徽卷) 某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1mol·L-1的Ba (NO3) 2溶液中, 得到了BaSO4沉淀。为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2, 该小组提出了如下假设:
假设一:溶液中的NO3-;
假设二:溶液中溶解的O2。
(1) 验证假设一:
该小组设计实验验证了假设一。请在下表空白处填写相关实验现象。
(2) 为深入研究该反应, 该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如右图。实验1 中溶液pH变小的原因是___;V1时, 实验2中溶液pH小于实验1的原因是____ (用离子方程式表示) 。
(3) 验证假设二:
请设计实验验证假设二, 写出实验步骤、预期现象和结论。
(4) 若假设二成立, 请预测:在相同条件下, 分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液 (溶液体积变化忽略不计) , 充分反应后两溶液的pH前者____ (填“大于”或“小于”) 后者, 理由是____。
解析: (1) 除BaCl2溶液、Ba (NO3) 2溶液外, 实验1和实验2中所用试剂均相同, 故可通过实验2生成白色沉淀, 实验1未生成白色沉淀, 证明假设一正确。 (2) SO2溶于水时, 与水反应生成中强酸H2SO3, 故使得溶液的pH减小。在实验2中, NO3-将SO2氧化生成SO42-, 而NO3-则被还原为NO, 同时生成H+, 故溶液的pH减小。 (3) 在验证假设二时, 不能使用Ba (NO3) 2溶液, 可使用BaCl2溶液等, 向含有O2的BaCl2溶液中缓慢通入SO2, 若有白色沉淀生成, 则证明假设二成立。 (4) O2和KNO3分别与H2SO3反应的离子方程式为O2+2H2SO3=4H++2SO42-和3H2SO3+2NO3-=3SO42-+4H++2NO↑+H2O, 故被O2氧化后溶液的pH小。
答案: (1) 无明显现象有白色沉淀
(3) 见下表
(4) 小于反应的离子方程式表明, 足量的O2和NO3-分别氧化相同的H2SO3, 生成H+的物质的量前者多余后者 (或其他合理答案)
四、氮及其化合物
1.氮及其重要化合物的性质与相互转化关系
2.实验室制取NH3的方法
(1) 加热铵盐和碱石灰法:
①反应原理: (装置如右图) ;
②收集方法:由于NH3极易溶于水, 且密度小于空气, 故常采用向下排空气法收集NH3;
③检验方法:湿润的红色石蕊试纸遇NH3变成蓝色。
(2) 加热浓氨水法:
在氨水中存在, 加热过程中, 使NH3· H2O不断分解生成NH3, 同时温度越高, NH3的溶解度减小, 所以NH3不断挥发出来。
(3) 浓氨水加碱法:
如右图所示, 将浓氨水滴到NaOH固体上, 不断放出NH3。其原理是:在氨水中存在固体溶于浓氨水放出热量, 且使氨水中c (OH-) 增大, 上述平衡逆向移动, 不断放出NH3。
3.硝酸与金属反应的规律
(1) 硝酸与不活泼金属的反应:
硝酸与金属活动性顺序表中氢以后的金属作用时, 可以看成硝酸先将金属氧化成氧化物, 而后金属氧化物与硝酸反应生成硝酸盐。浓硝酸的还原产物主要是NO2, 稀硝酸的还原产物主要是NO。 例如, Ag+2HNO3 (浓) =AgNO3+NO2↑ + H2O;3Ag+4HNO3 (稀) =3AgNO3+NO↑+2H2O。
注意:HNO3与金属反应时通常起两个作用:一是作氧化剂, 得电子, 被还原;二是提供硝酸根离子, 起酸的作用 (起酸的作用, 提供H+的同时必提供NO3-) 。如铜与稀HNO3的反应:3Cu+8HNO3 (稀) =3Cu (NO3) 2+2NO↑+4H2O, 其中2mol HNO3为氧化剂, 6mol HNO3起酸的作用。
(2) 硝酸与活泼金属的反应:
硝酸与金属活动性顺序表中氢以前的金属作用时, 除生成相应的硝酸盐外, 同时可能生成NO2、NO、N2O、N2、NH3、NH4NO3 (NH3+HNO3=NH4NO3) 等物质。例如, 不同浓度的硝酸与镁的反应:Mg+4HNO3 (16mol/L) =Mg (NO3) 2+2NO2↑ +2H2O, 3Mg+8HNO3 (6mol/L) =3Mg (NO3) 2+2NO↑+4H2O, 4Mg + 10HNO3 (2mol/L) =4Mg (NO3) 2+N2O↑+5H2O。
(3) 钝化现象:
铁、铝等金属虽易溶于稀硝酸, 却不溶于冷的浓硝酸。这是因为在冷的浓硝酸中, 这些金属表面生成了一层致密的、不溶于硝酸的氧化物保护膜, 阻止了金属的进一步氧化。
例5. (2015· 北京卷) 下列关于自然界中氮循环 (如下图) 的说法不正确的是 ( )
A.氮元素均被氧化
B.工业合成氨属于人工固氮
C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化
D.碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环
解析:A项, N2=→NH3过程中, N元素由0价降低为-3价, N元素被还原;B项, 人工固氮是指将N2转化为含氮化合物的过程, 工业合成氨的反应原理为属于人工固氮;C项, 1828年, 德国化学家维勒首次利用无机物氰酸铵合成尿素, 实现了无机物向有机物的转化, 含氮有机物 (如蛋白质) 可发生分解, 最终转化为无机物 (如铵盐) ;D项, 雷电发生时涉及的反应有进入土壤, 并与矿物质作用生成硝酸盐, 豆科植物的根瘤菌可将N2转化为氮肥, 而生物体内含有碳元素, 故碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环。
答案:A
例6. (2015· 广东卷) NH3及其盐都是重要的化工原料。
(1) 用NH4Cl和Ca (OH) 2制备NH3, 反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为___。
(2) 按下图装置进行NH3性质实验。
①先打开旋塞1, B瓶中的现象是____, 原因是____。稳定后, 关闭旋塞1。
②再打开旋塞2, B瓶中的现象是___。
(3) 设计实验, 探究某一种因素对溶液中NH4Cl水解程度的影响。
限选试剂与仪器:固体NH4Cl、蒸馏水、100mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽 (可调控温度) 。
①实验目的:探究____对溶液中NH4Cl水解程度的影响。
②设计实验方案。拟定实验表格, 完整体现实验方案[列出能直接读取数据的相关物理量及需拟定的数据, 数据用字母表示;表中“V (溶液) ”表示所配制溶液的体积]。
③按实验序号1所拟数据进行实验, 若读取的待测物理量的数值为Y, 则NH4Cl水解反应的平衡转化率为____ (只列出算式, 忽略水自身电离的影响) 。
解析: (1) 利用NH4Cl和Ca (OH) 2制备NH3, 加热固体药品时, 试管口要略低于试管底部, 防止试管炸裂, 则制备装置选A。NH3的密度小于空气, 应选用向下排空气法收集NH3, 则收集装置选C。NH3极易溶于水, 进行尾气处理时, 导管末端连接一倒扣漏斗, 且漏斗边缘与水面刚好接触, 可防止发生倒吸, 则尾气处理装置选G。 (2) 由图可知, A瓶中HCl气球的压强大于B瓶中NH3的压强, 打开旋塞1后, HCl气体进入B瓶, 并与NH3发生反应生成NH4Cl晶体, 故观察到B瓶中产生白烟。由于HCl和NH3发生生成NH4Cl晶体, 导致B瓶中气体压强减小, 显然A瓶中HCl相对过量。打开旋塞2后, 右侧烧杯中石蕊水溶液被倒吸入B瓶, HCl气体溶于其中而使溶液显酸性, 溶液变成红色。 (3) 利用所给试剂和仪器, 可以探究温度 (或浓度) 对溶液中NH4Cl水解程度的影响。若探究温度对溶液中NH4Cl水解程度的影响, 可以测定不同温度下溶液的pH。若探究浓度对溶液中NH4Cl水解程度的影响, 可测定不同浓度下溶液的pH。故实验表格可以为 (温度的影响) :
也可以为 (浓度的影响) :
所读取的数值Y为溶液的pH。氯化铵的物质的量为, 故NH4Cl的物质的量浓度为, 从而可知, NH4+离子水解的平衡转化率为
答案: (1) A、C、G
(2) ①有白烟生成A瓶中的HCl移动到B瓶中, 与B瓶中的NH3反应生成NH4Cl, 能观察到白烟生成 ②液体进入B瓶中, 溶液的颜色变为红色
(3) ① 温度 (或浓度) ② 见解析
【专项训练】
1.为探究Na2SO3溶液的性质, 在白色点滴板的a、b、c、d四个凹槽中滴入Na2SO3溶液, 再分别滴加下图所示的试剂。对实验现象的“解释或结论”错误的是 ( )
2.高纯硅晶体是信息技术的重要材料。
(1) 在周期表的以下区域中可以找到类似硅的半导体材料的是____ (填字母) 。
A.过渡元素区域
B.金属和非金属元素的分界线附近
(2) 工业上用石英和焦炭可以制得粗硅。已知:
写出用石英和焦炭制取粗硅的热化学方程式:___。
(3) 某同学设计下列流程制备高纯硅:
①Y的化学式为___。
②写出反应Ⅰ的离子方程式:___。
③写出反应Ⅳ的化学方程式:___。
④步骤Ⅵ中硅烷 (SiH4) 分解生成高纯硅, 已知甲烷分解的温度远远高于硅烷, 用原子结构解释其原因是____。
(4) 将粗硅转化成三氯硅烷 (SiHCl3) , 进一步反应也可以制得粗硅。其反应为, 不同温度下, SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比 (反应初始时各反应物的物质的量之比) 的变化关系如上图所示。下列说法正确的是 (填字母) 。
A.该反应是放热反应
B.横坐标表示的投料比应该是
C.该反应的平衡常数随温度升高而增大
D.实际生产中为提高SiHCl3的利用率, 可以适当增大压强
3.某小组设计如下图装置 (部分夹持装置已略去) , 以探究潮湿的Cl2与Na2CO3反应得到固体物质的成分。
(1) 试剂X的化学式为___。A中制取Cl2的离子方程式为___。
(2) 试剂Y的名称为___。
(3) 通入一定量潮湿的Cl2反应后, 经检测, D中只有Cl2O一种气体, C中只含一种氯盐外, 同时含有NaHCO3等, 某同学对C中所得固体残渣的成分进行探究。
①提出合理假设。
假设1:存在两种成分:NaHCO3和___;
假设2:存在三种成分:NaHCO3和___、___。
②设计方案, 进行实验。写出实验步骤以及预期现象和结论。
限选实验试剂和仪器:蒸馏水、稀HNO3、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、试管、小烧杯。
(4) 已知, Cl2O与水反应生成次氯酸, 则D中Cl2O进入E反应的化学方程式为___。
4.含氮化合物是重要的化工原料。存在如下转化关系:
(1) 工业上常用浓氨水检验氯气管道是否泄漏。
①氨气溶于水的过程中存在的平衡有 (用离子方程式表示) ___。
②向固体氧化钙中滴加浓氨水, 可用于实验室制取少量氨气, 简述原理:___。
(2) 转化Ⅱ中发生的系列反应, 在工业上可以用来制备硝酸, 写出①中反应的化学方程式:____。
(3) 现代工业常以氯化钠、二氧化碳和氨气为原料制备纯碱。转化Ⅲ中部分反应如下:
①转化Ⅲ中有NaHCO3沉淀析出的原因是____。
②欲测定某工业纯碱样品中Na2CO3的质量分数, 某同学设计方案如下:
准确称取10.00g样品, 加入过量的盐酸, 充分反应, 蒸干、冷却后称量。反复加热、冷却、称量, 直至所称量的固体质量几乎不变为止, 此时所得固体的质量为10.99g。样品中碳酸钠的质量分数为___。
(4) 以氨作为燃料的固体氧化物 (含有O2-) 燃料电池, 具有全固态结构、能量效率高、无污染等特点。工作原理如下图所示:
①固体氧化物作为电池工作的电解质, O2-移向____ (填字母) 。
A.电极a B.电极b
②该电池工作时, 电极a上发生的电极反应为____。
【参考答案】
1.D
2. (1) B
(3) ④周期表中, 硅和碳属于同主族, 原子半径Si大于C, 硅元素的非金属性弱于碳元素, 硅烷的热稳定性弱于甲烷
(4) BC
(2) 饱和食盐水
(3) ①NaCl NaCl Na2CO3②答案见下表
(4) Cl2O+2NaOH =2NaClO+H2O
4. (1) ②氧化钙与水反应放热, 生成氢氧化钙溶于水, 增大了OH-离子浓度, 氨水中的离子平衡向左移动, 使氨气挥发出来
(3) ①混合液中NaHCO3的溶解度最小, 溶液达过饱和时会有NaHCO3晶体析出②95.4%
金属元素及其化合物核心突破 篇6
1. 钠及其重要化合物之间的转化
2. 钠与酸、碱、盐溶液的反应
(1) 钠与酸溶液的反应
钠与稀硫酸、盐酸等非氧化性酸反应时, 首先是钠直接跟酸反应, 过量的钠再与水反应, 而不能认为是钠先跟水反应, 生成的NaOH再与酸发生中和反应。
(2) 钠与碱溶液的反应
反应的实质是钠与碱溶液中的水反应。
(3) 钠与盐溶液的反应
钠与盐溶液反应时, 钠不能置换出盐溶液中的金属。钠与盐溶液的反应一般分为两个过程进行分析, 首先钠与水反应生成H2和NaOH, 然后NaOH再与盐发生复分解反应, 生成难溶性弱碱和相应的钠盐。
3. 氧化钠与过氧化钠的比较
4. 碳酸钠与碳酸氢钠的比较
[例1] (2013·广东五校联考) 下列对过氧化钠的叙述中, 正确的是 ()
A.将少量Na2O2投入紫色石蕊试液中, 溶液最终呈蓝色
B.1mol Na2O2与足量水完全反应, 转移2mol电子
C.充分加热等物质的量的Na2O2和NaHCO3的混合物, 剩余固体物质为Na2CO3
D.ag CO和H2的混合气体充分燃烧的产物与足量Na2O2充分反应后, 固体质量增加ag
答案:D
误区警示:分析有关过氧化钠的问题时, 要特别注意: (1) Na2O2具有强氧化性, 能与SO2、Fe2+、S2-、I-、S32-等还原性物质发生氧化还原反应; (2) Na2O2具有漂白性, 能使品红溶液褪色; (3) Na2O2具有还原性, 能使酸性KMnO4溶液褪色。
温馨提示: (1) 鉴别Na2CO3和NaHCO3的方法
(2) Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应的分析
二、镁及其重要化合物
1. 镁及其重要化合物之间的转化
2.镁的化学性质
3. 氧化镁、氢氧化镁和碳酸镁
[例2] (2011·上海高考) 物质的量为0.10mol的镁条在只含有CO2和O2混合气体的容器中燃烧 (产物不含碳酸镁) , 反应后容器内固体物质的质量不可能为 ()
解析:本题采用极值法进行分析:
(1) 当气体不足量时, Mg与CO2和O2混合气体反应, 所得固体为Mg、C和MgO的混合物, 由于含有Mg和C, 其质量可能小于4.0g。
(2) 当气体足量时, 若气体全部为CO2, 反应后所得固体为MgO和C, 其质量为0.1mol×40g/mol+0.05mol×12g/mol=4.6g, 由于题给气体是CO2和O2混合气体, 故固体物质的质量应小于4.6g, 显然D项不符合题意。
答案:D
三、铝及其重要化合物
1. 铝及其重要化合物之间的转化
2. 铝的化学性质
3. 氧化铝和氢氧化铝
4. 可溶性铝盐与强碱溶液发生反应的分析
(1) 图像分析
(1) 向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量 (如图1所示) ; (2) 向盐酸酸化后的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量 (如图2所示) ; (3) 向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液, 直至过量 (如图3所示) ; (4) 向等物质的量混合的MgCl2、AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量 (如图4) 。
(2) 定量关系分析
分析上述三个离子方程式, 将Al 3+、OH-的量的关系及产物中Al元素的存在形式用数轴表示为
很明显, 生成Al (OH) 3沉淀的量n[Al (OH) 3]与n (Al 3+) 、n (OH-) 之间存在如下关系:
[例3] (2013·安徽名校联考) 已知Ba (AlO2) 2易溶于水。右图表示的是向Al2 (SO4) 3溶液中逐滴加入Ba (OH) 2溶液时, 生成沉淀的物质的量y与加入Ba (OH) 2的物质的量x的关系。下列有关叙述正确的是 ()
A.a—b段沉淀的物质的量:Al (OH) 3比BaSO4多
B.d—e段溶液中离子的物质的量:Ba2+可能等于OH-
C.a—d段沉淀的物质的量:BaSO4可能小于Al (OH) 3
D.c—d段溶液中离子的物质的量:AlO2-比Ba2+少
答案:B
四、铁及其重要化合物
1. 铁及其重要化合物之间的转化
2. 铁的化学性质
(3) 与酸溶液反应:
(2) 铁与氧化性酸反应, 不产生H2。常温下遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化。
3. 铁的重要化合物
(1) 铁的氢氧化物
(2) 铁盐及亚铁盐的性质与转化
[例4] (2013·浙江温州模拟) 铁及其化合物有重要用途, 如聚合硫酸铁[Fe2 (OH) n (SO4) 3-n/2]m是一种新型高效的水处理混凝剂, 而高铁酸钾 (其中铁的化合价为+6) 是一种重要的杀菌消毒剂, 某课题小组设计如下方案制备上述两种产品:
请回答下列问题:
(1) 若A为H2O (g) , 可以得到Fe3O4, 写出反应的化学方程式:__________。
(2) 若B为NaClO3与稀硫酸, 写出其氧化Fe2+的离子方程式 (还原产物为Cl-) :_________。
(3) 若C为KNO3和KOH的混合物, 写出其与Fe2O3加热共融制得高铁酸钾的化学方程式并配平:
(4) 为测定溶液Ⅰ中铁元素的总含量, 实验操作:准确量取20.00mL溶液Ⅰ于带塞锥形瓶中, 加入足量H2O2, 调节pH<3, 加热除去过量H2O2;加入过量KI充分反应后, 再用0.1000mol/L Na2S2O3标准溶液滴定至终点, 消耗标准溶液20.00mL。
(1) 写出滴定选用的指示剂________, 滴定终点观察到的现象__________。
(2) 溶液Ⅰ中铁元素的总含量为________g/L。若滴定前溶液中H2O2没有除尽, 所测定的铁元素的含量将会_______ (填“偏高”、“偏低”或“不变”) 。
(5) 设计实验方案, 检验溶液Ⅰ中的Fe2+:_______。
(4) (1) 用0.1000mol/LNa2S2O3标准溶液滴定生成的I2, 应用淀粉作指示剂, 达到滴定终点时, 溶液由蓝色变成无色且半分钟内不恢复原来颜色。
(2) 由题给反应得关系式:
则有n (Fe3+) =n (S2O2-3) =0.1000mol/L×20.00×10-3L=2.0×10-3 mol, 从而可知溶液Ⅰ中铁元素的含量为 (2.0×10-3 mol×56g/mol) ÷ (20.00×10-3L) =5.6g/L。若滴定前溶液中H2O2没有除尽, 可将S2O32-氧化, 消耗Na2S2O3, 溶液的体积增大, 测定的铁元素的含量偏高。
(4) (1) 淀粉溶液由蓝色变为无色且保持半分钟不恢复原来颜色 (2) 5.6偏高
(5) 取少量溶液Ⅰ于试管中, 加入酸性KMnO4溶液, 溶液颜色由紫红色变为无色 (或几乎无色) , 则含有Fe2+ (其他合理答案均可)
五、铜及其重要化合物
1. 铜及其重要化合物之间的转化
2. 铜的化学性质
3. 铜的重要化合物
[例5]孔雀石的主要成分为Cu2 (OH) 2CO3, 还含少量铁的氧化物和硅的氧化物。以下是实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O晶体的流程图:
(1) 孔雀石研磨的目的是________。浸泡孔雀石的试剂A若选用过量的稀硫酸, 则产生的气体a是________ (填化学式) 、固体a是_______ (填化学式) 。
(2) 使用试剂B的目的是将溶液中的Fe2+转化为Fe3+, 试剂B宜选用_________ (填选项序号) 。
A.酸性KMnO4溶液B.双氧水
C.浓硝酸D.氯水
写出相应的离子方程式:_________。
(3) 试剂C的使用目的是调节溶液pH, 使Fe3+转化为沉淀予以分离。试剂C宜选用____________ (填选项序号) 。
A.稀硫酸B.NaOH溶液
C.氨水D.CuO
涉及反应的离子方程式:__________。
(4) 1mol NH3通过加热的Cu2 (OH) 2CO3可以产生1.5mol金属铜, 发生反应的化学方程式:_________。
(5) 常温下, Fe (OH) 3的Ksp=1×10-39, 若要将溶液中的Fe3+转化为Fe (OH) 3沉淀, 使溶液中c (Fe3+) 降至1×10-3 mol/L, 必须将溶液pH调节至____________。
解析: (1) Cu2 (OH) 2CO3与稀硫酸反应生成CO2, 孔雀石中SiO2不溶于稀硫酸, 从而推知固体a为SiO2。
(2) 四个选项中能将Fe2+转化为Fe3+, 且不引入新杂质的是双氧水, 符合除杂要求。
(3) 调节溶液pH, 可加入能与H+反应的物质, 如碱溶液、金属氧化物等, 考虑不能引入新杂质, 可选用CuO、Cu (OH) 2等。
(4) 1mol NH3可以产生1.5mol金属铜, 而生成1.5mol Cu时转移3mol电子, 故1mol NH3转移3mol电子, 设NH3对应氧化产物中N元素的化合价为x, 根据电子得失守恒有[x- (-3) ]×1mol=3mol, 则x=0, 即NH3的氧化产物为N2, 由此可写出化学方程式。
(5) 由题意可知, Ksp=c (Fe3+) ·c3 (OH-) =1×10-39, 若溶液中c (Fe3+) =1×10-3 mol/L, 则有c (OH-) =1×10-12 mol/L, 所以溶液的pH=2。
答案: (1) 增大固体表面积, 从而增大反应速率CO2 SiO2
比较法学习金属及其化合物 篇7
一、金属单质
1. 钠、镁、铝的比较(见表1)
2. 铁与铜的比较(见表2)
注意:(1)金属与氧气反应生成的氧化物一般为普通氧化物(如Li2O、MgO、Al2O3等),有些金属与氧气反应还可能生成过氧化物(如Na2O2)、超氧化物(如KO2).
条件不同,有些金属与氧气反应的产物也不同,如钠在常温下与点燃条件下生成的氧化物分别为Na2O、Na2O2,铁与氧气在不同条件下可以生成FeO、Fe3O4等.
(2)金属与卤素反应一般生成高价态的金属卤化物,但碘与铁反应生成低价态的FeI2,金属与硫反应一般生成低价态的金属硫化物.
(3) K、Ca、Na等活泼金属与冷水剧烈反应,生成碱和H2,故这些金属投入碱、盐等溶液中,实际上是金属先与水反应,生成的物质再与溶质发生反应,因此这些金属不能在溶液置换其它金属.如将钠投入硫酸铜溶液中,可以理解为:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,
(4)金属与酸反应时,金属越活泼,反应越剧烈.当酸为强酸时,其反应的通式为:R+xH+=Rx++H2↑(式中R代表金属元素,x代表金属元素在生成物中的化合价),由此可知,当酸足量时,金属与H2的关系为:1 mol R～molH2,利用这一关系可以快速解题.
大多数金属(除铂、金)与氧化性酸(如硝酸、浓硫酸)之间也能发生反应,但一般情况下不生成H2.铁、铝在常温下遇浓硫酸、浓硝酸会在表面形成一层致密的氧化膜而发生钝化,故可用铁制或铝制容器来盛装浓硫酸、浓硝酸.
(5)等量的铝分别与非氧化性酸和NaOH溶液反应,生成同条件下的氢气的量相等.
(6)通常根据金属的活泼性来选择制备的方法.金属活动性顺序表中:K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属一般采用电解法制备,Zn～Cu等金属一般采用热还原法(还原剂为C、CO、H2、Al)制备,Hg、Ag采用热分解法制备.
二、金属氧化物
1. Na2O与Na2O2的比较(见表3)
注意:(1) Na2O2可拆成Na2O·O,则它在与水、酸、CO2等反应时,可以理解为Na2O与这些物质反应,“过”的氧释放出来,形成氧气.
(2) Na2O2与水反应放热,可以使棉花着火.
(3) Na2O2与H2O和CO2混合物的反应中,存在着三个规律:
①反应的先后规律.一定量的Na2O2与一定量的H2O(g)和CO2混合物的反应,若Na2 O2先与H2O(g)反应,则有:2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑,而后发生反应:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O,故可视作Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完全后,Na2O2再与H2O(g)发生反应.
②气体体积规律.若CO2与H2O(g)的混合气体通过足量的Na2O2固体,生成氧气的体积或气体的减少量都为原混合气体的一半.
③质量增加规律.根据反应方程式可知,Na2O2固体与CO2和H2O(g)的反应,相当于Na2O2只吸收了CO2中的“CO”和H2O中的“H2”,故:
Ⅰ.固体的增加量△m=28 g·mol-1·n(CO2)+2 g·mol-1·n(H2O).
Ⅱ.CO、H2以及可以写成(CO)n·(H2)m的物质的燃烧产物通入足量的Na2O2固体完全反应后,固体质量的增加量等于原物质的质量.
2. MgO与Al2O3的比较(见表4)
注意:Al2O3既能与酸反应,又能与碱反应生成盐和水,是两性氧化物.这里的酸、碱一般指强酸、强碱,即Al2 O3不溶于弱酸(H2CO3等)和弱碱(NH3·H2O).
3. 铁的氧化物的比较(见表5)
注意:(1)铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,Fe2O3可用于工业制取铁,也可以用作颜料.
(2)铁表面的致密的氧化膜是Fe3O4,它可以表示为FeO·Fe2O3.
三、金属氢氧化物
1. Mg(OH)2与Al(OH)3的比较(见表6)
注意:氢氧化铝还有其它制备方法:
(1)铝盐与强碱反应:这种方法应特别注意严格控制加入碱的用量,因为强碱过量会使制得的Al(OH)3溶解:Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O.所以,一般不采用这种方法制备Al(OH)3.
(2)偏铝酸盐与强酸反应:这种方法会因强酸的量控制不当使制得的Al(OH)3溶解:Al(OH)3+3H+=A13++3H2O.所以,一般不采用这种方法制备Al(OH)3.
(3)偏铝酸盐与碳酸反应:因为Al(OH)3不溶于碳酸,故实验室常用这种方法制备
(4)偏铝酸盐与铝盐反应制备:
2. 铁的氢氧化物的比较(见表7)
注意:按一般方法操作很难得到Fe(OH)2沉淀.要制得Fe(OH)2沉淀必须注意以下四点:①赶尽空气,最好在惰性或还原性气氛下反应(如N2、H2等);②隔绝空气,用苯或汽油覆盖在液面上;③采用新制备的亚铁盐溶液,溶解亚铁盐时要先将蒸馏水煮沸除去氧气;④向亚铁盐溶液中滴加碱溶液时,将胶头滴管的尖嘴插入亚铁盐溶液中再慢慢挤出碱液,以防止带入氧气.
四、盐
1. Na2 CO3与NaHCO3的比较(见表8)
注意:NaHCO3与Na2 CO3的性质差别在于前者的“氢”.
①NaHCO3能电离出“H”,故其碱性比同浓度的Na2CO3弱.
②NaHCO3中存在着未反应完全的“H”,故其还可以继续与OH-反应.
我们还可以将NaHCO3拆成Na2CO3·H2CO3进行理解.如:
③因为结构中存在着“H2CO3”,故其不会与比H2CO3弱的酸(包括碳酸)发生反应.
④因为结构中存在着“H2CO3”,故其不稳定,容易发生分解,生成CO2和水.
⑤由于CaCO3能溶于H2CO3,因此即使NaHCO3中的Na2 CO3能与CaCl2中的Ca2+结合成CaCO3,它也会溶解于H2CO3,这也就容易理解NaHCO3与CaCl2不反应的原因了.
2. Fe2+与Fe3+的比较(见表9)
五、图象比较(见表10)