金属有机化合物

金属有机化合物（共12篇）

金属有机化合物 篇1

金属有机化学是研究含有碳-金属键的化学。它是有机化学与无机化学的交叉学科,广泛应用于石油化学工业、制药工业、材料科学等领域。它打破了传统有机化学和无机化学的界限,使有机化学和无机化学汇合在一起,成为近代有机化学一门新兴的前沿学科之一。

金属有机化学的快速发展是在1951年,由于Wilkinson、Woodward以及Fischer的工作,合成了著名的“夹心饼干”——二茂铁,为有机过渡金属化合物开辟了新型有机金属络合物结构的领域[1]。1954年Wilkinson和Birmingham成功合成第一个稀土金属有机π-络合物——三茂稀土化合物,标志着稀土金属有机化学的诞生。1963年,Magin等人首次报道了Cp2Se Cl的合成,10年后Smith等报道了Cp2Se Cl的晶体结构。1991年,Sakakura等发现[Cp.Nd H]2和Cp.Nd H(Si Me)2等能催化烯烃的氢化硅烷化反应和硅烷的脱氢偶联。一年后,第一个稀土二(五甲基)环戊二烯基甲硅烷基化合物被合成[2]。随着合成技术的提高,各种先进的测试手段和方法不断问世,特别是X射线衍射技术、高分辨质谱仪、核磁共振等的采用,使稀土金属有机化学得到了迅猛发展。

1 金属有机化合物的应用

金属有机化合物的应用很广泛,经典的有机钠(Wurtz反应,Wurtz-Fittig反应),有机镁(Grignard反应),有机锂,有机铝等都是我们最常见的,也是应用最广泛的金属有机化合物。过渡金属有机化合物的研究推动了有机化学的发展,如有机铜(Sandmeyer、Gattermann、Ullmann反应),Reppe合成,有机钯Pd Cl2(CH2=CH2),有机铂等在高选择性有机合成化学中更是发挥着举足轻重的作用[3]。

1.1 主族金属有机化合物

1.1.1 有机钠

当卤代烷用金属钠处理时,该反应经历一个游离基历程,使得两个烷基连在一起得到一个C链增长1倍的烷烃,该方法常用于合成对称烷烃。反应式为:

1.1.2 有机镁

卤代烷和金属镁在无水乙醚或DMF中加热回流制得格氏试剂(Grignard试剂)。这个试剂在有机合成中非常重要,它的反应条件比较苛刻,需要在无水无氧环境中才能进行,可用于合成不同结构的醇,还可以与亲电试剂发生烷基化反应。如:

1.1.3 有机锂

锂的烃化物RLi具有碱金属有机化合物的一些通性,但其分子的键具有共价键化合物的一些典型特性。有机锂化合物的亲核性比格氏试剂强,反应方式与格氏试剂相同。例如与CO2及活泼氢的化合物反应生成羧酸或释放相应烃;与羰基化合物的加成得到各级醇。

1.1.4 有机铝

有机铝在合成中最常见的应用是付-克反应和酰基化反应,虽然这两个反应在有机合成反应中都经历一个C+历程,但付-克反应易于发生C+重排,而酰基化反应则不然,因此它们在与芳环发生亲电取代反应来增长无支链C链过程中能够起到一个相互补充的作用。例如:

此外,铝还能与一些手性配体(如S-联萘二酚)形成络合物,在一些高选择性还原反应中表现出令人满意的效果。

1.2 过渡金属有机化合物[4]

1.2.1 二烷基铜锂

通过有机锂与亚铜盐(Cu Cl,Cu Br,Cu I)反应可以制成二烷基铜锂试剂,其稳定性在很大程度上取决于其结构。二烷基铜锂作为亲核试剂在有机合成中主要用途有二:一是与烷基化试剂的偶联反应;二是与α,β-不饱和化合物的共轭加成。例如:

此外,有机铜锂试剂的偶联反应表现出很高的化学选择性,未保护的羰基不受影响。

二烷基铜锂同时也是烯酮共轭加成的首选试剂之一,可几乎唯一产生共轭加成产物。对于一些α-烷基-α,β-不饱和环烯酮的共轭加成主要产生反式异构体。若加入TMSCl或三烃基膦有助于提高收率和选择性。

1.2.2 高序铜

带有3个负离子基团的有机铜物种[R3Cu]2-叫高序铜,其制备方法跟二烷基铜锂类似,与Gilman试剂相比,这些混合高序铜锂与卤代烃的偶联反应速度更快。例如,n-Bu2Cu Li与对甲苯磺酸酯反应产生大量副产物,预期产物的产率也很低,而用n-Bu2Cu(CN)Li2则可达到较好的产率。

1.2.3 有机锌

有机锌化合物的合成价值表现在以下两个方面:(1)由于其亲核性低,可以制备含多种官能团的有机锌化合物而无需对官能团进行保护;(2)二烃基锌可用于对醛的催化不对称加成,可达到很高的对映选择性。此外,有机锌试剂还可以进一步生成铜锌试剂,广泛应用于α,β-不饱和化合物的共轭加成等多种反应。例如:

1.2.4 有机钛

许多过渡金属试剂特别是钛试剂可用于烯烃合成,最有用的是Tebbe试剂。它是一种桥亚甲基配合物Cp2Ti CH2·Al Cl(Me)2(Cp为环戊二烯)。Tebbe试剂的主要用途是与羰基反应,也可与烯烃进行环加成,还可以催化烯烃复分解反应。Tebbe试剂与羰基化合物反应的产物形式上是以CH2取代醛、酮、酯、内酯和酰胺中羰基的氧,类似于Witting反应。例如:

另外,烯烃复分解反应是近年发展的最有用的一个新反应,是继Witting反应之后烯烃合成方法的重大突破。Yves Chauvin,Robert H.Grubbs,Richard R.Schrock三人在这个领域取得了突破性的成就,2005年10月共同获得了诺贝尔奖。该反应是两种烯烃在钼、钨、钌等卡宾型催化剂作用下,C=C双键重新组合形成两个新的C=C双键。例如:

1.3 稀土金属有机化合物[5]

稀土金属的烷氧基化合物具有二重性,即烷氧基离子可作为碱摄取质子,稀土金属作为Lewis酸能与羰基、亚胺等配位,从而形成稀土金属配合物的多样性,再者稀土金属位数高,亲氧性很强,多齿配体能满足稀土离子的配位化学要求,因此能给出较高的对映选择性。例如Shibasaki利用此特性,成功实现了稀土烷氧基化合物的催化Michael加成反应,得到92%ee。后来他们又利用联萘二酚的配位化学特性,制备得到含稀土———碱金属的双金属手性催化剂,首次催化不对称nitro-aldol反应成功[6]。稀土金属有机物在合成中的应用不仅仅体现在新C骨架的构造,其跟主族金属有机物、过渡金属有机物在合成中的应用相比,其更突出的是高选择性特点,因此广泛地应用于化学化工(手性试剂),药物科学,材料科学等领域。以稀土金属有机物作为催化剂在Michael加成反应,不对称环氧化,DiekAlder反应,选择性不对称还原反应都已有很多成功的例子报道。

1.3.1 Ene反应[7]

Yb(OTf)3对Clyoxylate-Ene反应催化活性最高。乙腈是最好的溶剂。各种结构的1,1-二取代烯烃均能很好地进行反应,产率在69%~91%之间。

钱长涛等使用Yb(OTf)3催化剂则同时得到DA产物和Ene产物,而且两种产物的比例依赖于所使用的溶剂。CH2Cl2有利于Ene反应(DA产物∶Ene产物=25%∶75%),CH3CN有利于DA反应(DA产物∶Ene产物=78%∶22%)。首次实现了Lewis酸对DA反应的选择性。

1.3.2 Gd Cl3催化的一锅煮aza-Diels-Alder反应[8~9]

在Gd Cl3催化下,一系列胺和苯甲醛、二氢吡喃一锅法生成相应的吡喃喹啉。所考察的醛给出60%~86%的产率。反式产物比例稍多,顺反比例最大为23∶77。

若以二氢呋喃代替二氢吡喃,再进行反应,反应进行顺利,以高产率生成呋喃喹啉顺反异构体混合物,顺式和反式产物的比例为35∶65,总产率为88%。

1.3.3 Nitrone反应[10]

Nitrone是一类特殊的含氮化合物,人们较多地研究了其与烯烃的1,3-偶极环加成反应。以一般的路易斯酸作为催化剂时这个反应比较难进行,且产率较低,反应的区域选择性差。能活化一般路易斯酸难以催化的Nitrone与烯基醚的反应,反应速度都很快,0.5h之内反应就能完成,反应生成异噁唑啉。产物在温和条件下经还原生成1,3-氨基醇。在极性溶剂中生成反式产物,在THF中,顺反比例为1∶99(产率74%)。在非极性溶剂中以顺式产物为主(68∶22),产率稍高(89%)。

1.3.4 Yb(OPr-i)3催化的Nitro-Mannieh反应[11]

烷氧基稀土化合物具有二重性,即Lewis酸性和碱性,烷氧基离子可以作为碱摄取质子,同时稀土金属离子又作为Lewis酸能与羰基配位而活化底物。Yb(OPr-i)3对nitro-Mannich反应有了很高的催化活性。

反应受芳环上取代基的位置和电性影响很小,所采用的磺酰亚胺都能以很高的产率给出硝基甲烷加成产物。最低产率也有91%。

2 结语

本文主要综述了金属有机化合物的应用,各个金属有机化合物都有其本身的特性,在有机合成设计中都值得考虑,但本着绿色化学的原则,人们对有机金属的发展提出更高的要求,特别是在过渡金属中还潜在着巨大的发展空间,相信在不久的将来必会有更多的新型金属有机化合物面世。

摘要：在有机合成中,金属有机化合物的应用非常广泛,随着科学的进步,新型的金属有机试剂更是发挥着举足轻重的作用,现对其研究的发展状况作了系统的介绍并提出展望。

关键词：金属有机化合物,过渡金属,稀土金属,进展

参考文献

[1]董艳.金属有机化学的发展及应用[J].胜利油田师专学报,2004,18(4):76-77.

[2]张立新,黄祖恩,周锡庚,马怀柱.稀土金属有机化学的发展概况[J].上海化工,1998,(6):37-39.

[3]范双双.金属有机化合物在合成中的应用[J].承德民族师专学报,1999,(2):6-8.

[4]黄培强,靳立人,陈安齐.有机合成[M].北京:高等教育出版社,2004.57-89.

[5]钱长涛,陈耀峰,高飞峰.稀土金属有机化学的最新进展[J].有机化学,2001,21(11):997-1008.

[6]Sasai,H.Arai,T.Houk,N K.;Shibasald,M.J.Am.Chem.Soc.,1995,117:6169.

[7]Sasai,H;Tokunaga,T;Watanabe,S;Stmlld,T;Itoh,N.shihasaki.M.J.Org.Chem.,1995,60:7388.

[8]Qian,C;Huang,T.Tetrahedron Lett.,1997,38:6721.

[9]Ma,Y;Qian.C;Xie,M;Sun.J.J.Org.Chem.,1999,64:6462.

[10]Ma,Y;Qian.C;Xie,M;Sun.J.Chin.J.Chem.,2000,18:377.

[11]Qian,C;Wang,L;Chen,R.Chin.J.Chem.,2001,19:412.

[12]Anderson,J.C;Peace.S;Pih.S.Syn lett.,2000,850.

金属有机化合物 篇2

一、教案背景及教材分析

新课程理念关心的是课程的目标、课程改革的基本理念和课程设计思路，关注的是学生学习的过程和方法，以及伴随这一过程而产生的积极情感体念和正确的价值观。在这种理念之下，我采用“问题探究”的教学方法创设多层面、多维度的问题情境，诱发学生不断激起认知冲突，扣人心弦，造成心理悬念，唤起求知欲望，令学生情不自禁进入情境之中，情绪高涨，主动自发进行探究性学习。本节是元素化合物知识的重要组成部分，也是高中化学的重点知识，是学生学习化学的基础。

二、教学目标

知识与技能目标：了解钠的物理性质、存在及用途，掌握钠的化学性质。培养学生的质疑意识、操作基本技能、观察及分析问题的能力。

过程与方法目标：通过对实验探究和问题的讨论，培养学生善于思考，勇于发现问题、解决问题的能力和培养学生语言表达能力。

情感态度与价值观目标：通过化学实验的创新，激发学生学习化学的兴趣和情感，培养学生的创新精神。并在研究性学习活动中提升内在素养。

三、教学方法

1、实验探索法

利用实验引路，探讨新知识，从而得出钠的一些物理性质和化学性质。通过实验——讨论——小结，优化课堂的教学和学科能力的培养。

2、比较教学法

通过对比钠与水及盐溶液的反应的不同，让学生了解结构可以决定物质的化学性质，从而突破教学难点。

3、多媒体辅助教学法

本节课充分运用多媒体课件的优势，用幻灯片、实验动画等手段辅助教学，激发学生学习化学的兴趣和热情，增大知识容量，活跃课堂气氛，把传统教学中难以实现的过程、现象一一展示出来，通过生动的画面，延长学生学习的兴奋周期，创造一个学生积极参与、乐于探索的情境，提高教学的时效性，使教学更直观、生动、高效。

四、教学设计过程

[引言]：互联网搜索新闻报道，2001年7月6日、7日、8日接连三天，广州市珠江河段上惊现神秘“水雷”。8个铁皮桶漂浮在水面上，其中5个发生剧烈爆炸。一位目击者说：“上午10点多，桶内突然冒起一股白烟，从飘在水面上的一个铁桶内窜出亮红色的火苗，紧接着一声巨响，蘑菇状的水柱冲天而起。直到中午，这个铁桶又连续爆炸多次，爆炸腾起的白色烟雾近10m高。”经广州市化工集团的化学品专家检测认定，铁桶内装有金属钠。

设计意图：情景引入课题，通过一篇报道引出“钠”，提出问题，激发学生的好奇心。

一、钠的物理性质

展示：密封在试管夹层中的金属钠

[实验]：教师在实物投影仪上演示钠的取用切割操作 [提示]：颜色 光泽 状态 硬度及金属最重要的特征

归纳物理性质：金属钠是一种银白色、质软而轻的固体，有良好的导电导热性能，密度比水小（0.97g/cm3），能浮于水面，熔点为97.810C，沸点为882.90C。[引导1]理论推测：分析钠的原子结构示意图，易失电子，化学性质活泼

二、钠的化学性质

[实验探究1]：观察切割钠的断面，会变暗，而密封在试管夹层中的钠却能保持光亮的银白色，为什么？

1、钠和氧气反应

常温

4Na + O2= 2Na2O(白色)对比实验：观察钠在蒸发皿中受热的现象，与钠在常温下的变化进行对比。加热 2Na + O2= Na2O2(淡黄色)[问题1]：为什么产物不同？我们在初中还学过什么类型的，反应物相同，而生成的产物不同呢？

教师用powerpoint课件展示答案

[实验]将少量的钠与硫粉研磨混合均匀，用纸包好，然后用小锤子敲击纸包。

2Na + S= Na2S 设计意图：实验中有火光和猛烈的爆炸声，实验现象鲜明，学生的情绪立即高涨。在调动学生积极性的同时，加深了对钠化学活性的认识。

过渡：日常生活中，人们常用金属器皿来盛水，也常用铁或铝制容器烧水，说明它们与水不反应，是否所有金属都不与水反应呢？回顾关于钠的新闻报道。

2、钠和水反应

[实验探究2]：学生分组实验：钠投入到水中。教师用powerpoint课件展示实验要求

观察要点提示：①钠在水中的位置？②钠的形状变化？③钠是否发生运动？④有无声响？⑤滴入酚酞试液后溶液颜色？

[分析归纳]钠与水反应的现象及产生原因。现象：红、嘶、浮、游、熔

方法指导：谐音记忆“红师傅游泳” 设疑：钠与水反应产生什么气体呢？ Na + H2O = NaOH + ？

探究性学习：从参加反应的元素种类来思考，反应生成的气体应该是氢气或氧气

[引导2]①用质量守恒定律分析 ②用氧化还原反应观点分析

学生讨论分析：由于生成NaOH，Na的化合价升高失电子，反应物中只有正一价的氢元素可得电子化合价降低为0，故生成了氢气。

讲述：实践是检验真理的唯一标准，能否设计实验来检验生成的气体呢？ ③实验验证

[电脑演示]教材中的实验

指出教材中验证氢气装置的不足，用改进装置进行实验，同时鼓励学生设计新装置你能否再设计一个实验，检测反应都生成了什么物质呢？

[引导3]：为什么会产生这些现象呢？请联系物理性质解释原因。请根据以上现象书写方程式：2Na + 2H2O =2NaOH + H2 [问题2]：

（1）此反应是否为氧化还原反应？若是，标出电子的得失，指出氧化剂，还原剂。

（2）此反应是否为离子反应？若是，写出离子方程式。教师用powerpoint课件展示答案

设计意图：通过猜想推测、方案讨论、装置设计、实验讨论等一系列探究活动，在思考和动手实验中完成知识与能力的建构，同时体验科学的探究过程与方法。

[问题3]：保存钠的油是一种什么液体？

[引导4]：打开自己药品盘中保存钠试剂瓶的瓶塞，闻一闻 学生操作后回答：煤油

介绍保存方法：这种液体浸没固体药品的方法叫液封法。

三、钠的保存方法

[探究]：为什么实验室里常把它保存在煤油里? 提供信息：密度：ρ(Na)=0.97g/cm3，ρ(水)=1.0g/cm3，ρ(煤油)=0.8 g/cm3，ρ(苯)=0.87 g/cm3，ρ(CCl4)=1.6 g/cm3。

推测：水、CCl4密度比钠大，不能起到液封的作用，而苯尽管密度比钠小，但易挥发且有毒性。

讨论归纳：保存药品的试剂要求：①与药品不反应；②密度比药品小；③挥发性小、无毒性。

思考:如果将钠加到水与煤油的混合液中有何现象

[实验探究3]：在一烧杯中加入约20mL水,在加入约8mL煤油，投入一小块钠，立即倒扣一漏斗。

观察实验现象：两液体分层，煤油在上层，水在下层，Na在两层交界处上窜下跳，往复多次，最终消失。

[实验探究4]：如果将钠投入到硫酸铜溶液中，能置换出铜吗？你还会看到哪些现象呢？

教师演示实验在实物投影仪上操作 [引导5]：

这节课你学到了什么？并看书总结钠的存在用途 powerpoint课件

[课堂总结]钠的性质与其存在、保存、用途及结构的相互关系。

[讨论]：结合本节课所学钠的性质，揭开“水雷”之谜，描述其中的化学原理，进一步强化危险品钠的使用注意事项。

四、教学反思

非金属及其化合物（四） 篇3

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

金属和金属化合物的学习 篇4

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

金属有机化学的产生、发展及应用 篇5

——一门交叉学科的兴起

摘要：按时间顺序分阶段介绍了金属有机化学这门交叉学科的产生、发展及发展规律、在实践中的应用，以及从中体会到的学科的研究方法，并通过其前沿问题对其未来发展做作了展望。

关键词：金属有机化学 学科发展历史 发展规律 未来展望 研究方法

著名的物理学家普朗克曾说过：“科学是内在的整体。它被分解为单独的部门不是取决于物质的本质，而是取决于人类认识的局限性。”作为“中心的，实用的和创造性的科学”的化学，其发展过程中由于客观条件所限制而形成的认识上的局限性同样理所当然地导致了其内部学科的分化。但是人类认识的进步是必然的历史趋势，同时，科学技术的高度分化和高度综合的整体化趋势也促成了当初分化了的学科之间的交叉和渗透。金属有机化学作为化学中无机化学和有机化学两大学科的交叉从产生到发展直到今天逐渐地现代化，它始终处于化学学科和化工学科的最前线，生机勃勃，硕果累累。

化学主要是研究物质地组成、结构和性质；研究物质在各种不同聚集态下，在分子与原子水平上的变化和反应规律、结构和各种性质之间的相互关系；以及变化和反应过程中的结构变化，能量关系和对各种性质的影响的科学。金属有机化学所研究的对象一般是指其结构中存在金属－碳键的化合物。在目前为止人类发现的110多种化学元素中，金属元素占绝大部分，而碳元素所衍生出的有机物不仅数量庞大，而且增长速度也很快，将这两类以前人们认为互不相干的物质组合起来形成的金属有机化合物不仅仅是两者简单的加和关系，而应是乘积倍数关系。其中的许多金属有机化合物已经为人类进步和国民生产做出了特殊的贡献，更重要的是，金属有机化学是一门年轻的科学，是一座刚刚开始发掘的宝藏，发展及应用潜力不可估量。下面就按时间顺序来说明金属有机化学产生和发展及其规律以及在实践中的应用，并探讨学科的研究方法。

一.金属有机化学的产生与基本成形阶段（1823～1950年）1827年，丹麦药剂师蔡司（W.C.Zeise）在加热PtCl2/KCl的乙醇溶液时无意中得到了一种黄色的沉淀，由于当时的条件所限，他未能表征出这种黄色沉淀物质的结构。现已证明，这个化合物为金属有机化合物。蔡司可能不会想到，他无意中得到的这第一个技术有机化合物标志着的无机化学与有机化学的交叉学科金属有机化学的开端竟然比德国化学家维勒（F.Wohler）由无机化合物合成有机物尿素而首次在无机化学与有机化学这个当初人们认为不可逾越的鸿沟之间架起桥梁还要早一年。

第一个系统研究金属有机化学的首推英国化学家福朗克兰（E.Frankland）。起初，他把他制得的一些化合物错误地认为是他所想要“捕捉”的自由基，但实际上得到的是金属有机化合物。难能可贵的是，当他后来发现他得非所愿时，不但没有气馁，反而更深入地研究了这种“新奇”的化合物，总结出了金属有机化学的定义。

1899年，法国化学家格利雅（V.Grignard）在他的老师巴比尔（P.Barbier）的引导下，在前人研究的基础上发现了镁有机化合物RMgX并将它用于有机合成。这是本阶段金属有机化学发展的最重要的一页。他所发现的新试剂开创的新的有机合成方法在如今仍被广泛应用。由于他的卓越贡献，1912年，他获得了诺贝尔化学奖，这也是第一个获得诺贝尔奖的金属有机化学家。当时格利雅得知自己获奖后，曾写信强烈要求评审委员会让他与他老师巴比尔一起分享此奖，遗憾的是他的提议遭到了拒绝。

1922年美国的米基里（T.Midgeley）发现了四乙基铅及其优良的汽油抗震性。于是1923年便在工业上大规模生产用来作汽油抗震剂，这是第一个工业化生产的金属有机化合物，但后来铅严重影响儿童智力发育的发现给这种“优良”的抗震剂判了死刑，现在基本上已经被淘汰。

工业上第一次用金属有机化合物作为催化剂的配位催化过程是1938年的德国Ruhrchemie化学公司的罗伦（Ｏ.Rolen）发现的氢甲基化反应，以此开创了金属有机化学中的著名的羰基合成及配位催化学科。

综观这一时期金属有机化学的发展，有以下特点：

1.以经验积累为主，同时由于社会需要的推动，金属有机化学开始初步地应用于工业生产中，转化为现实生产力。无论是蔡司的偶然，还是福朗克兰的无意，但最终是他们奠定了金属有机化学发展的基石，都处于金属有机化学发展的感性认识阶段。可以说，偶然性中有必然性，而金属有机化学发展的必然性通过一件件的偶然发展表现出来。同时社会需要的强大推动力使得偶然发现的具有某些实用价值的金属有机化合物迅速地工业化并广泛应用，这种在不成熟的理论条件下的工业化无疑为“技术悖论”发挥其作用提供了滋生的温床。

2.以开创性工作居多，以提供后续发展的理论起点见长。学科交叉的最初一步这层窗户纸通常是偶然中被捅破的。虽然迈出的这第一步在理论上看来极不完善，在实践上也没有指导意义，但它是具有开创性，就象在人类进化过程中第一只直立行走的类人猿迈出的第一步。同时，在当时的客观条件下，那些科学家很难就他们的发现进行更进一步的分子水平上的结构检测，从而不能将其上升到由宏观到微观，再由微观反过来影响宏观的方法高度，但其所积累下来的宝贵经验成为下一阶段研究的理论的起点。

3.在研究方法上，虽然这一时期整个化学的研究环境比较艰苦，再加上金属有机化合物对空气对水比较敏感，常常化学家花了九牛二虎之力眼看就要得到产物了，但一不小心见一下空气，整个实验都白费！曾经有一个金属有机化学家说几乎每一个当时的从事金属有机的人都有过几次这样“只有哭鼻子”的经历。但就在这样艰苦的实验条件下，当时金属有机化学的奠基者们没有气馁，并善于观察，从偶然中找到必然。油浴分析条件差，对物质判断的失误是常事，但人们能从错误中总结，善于从失误中找到教训，错误或失误有其必然的价值，往往能得到种瓜得豆的效果。

二.金属有机化学的飞速发展阶段（1951－20世纪90年代初）1951年鲍森（P.L.Pauson）和米勒(S.A.Miller)的并非预期的实验结果，偶然地发现了二茂铁，由此引发的对金属有机化学原有理论上挑战揭开了金属有机化学发展的新序幕。这个发现是有里程碑式意义的。有了挑战就意味着有了进步的可能，即“穷则变，变则通。”凭着威尔金森（G.Wilkinson）和伍德沃德(R.B.Woodward)的智慧以及费舍尔（F.O.Fisher）辛勤工作，借助当时X射线衍射，核磁共掁，红外光谱等物理发展而提供的先进的检测技术手段，二茂铁的结构得以确认为三明治夹心结构。这个具有美妙而富有创意构型的分子不光使波澜不惊发展着的金属有机化学变得激流澎湃，同时也给理论化学中的分子轨道理论的发展提供了研究平台。

同时金属有机在工业生产的应用好像也不甘示弱，1953－1955年德国化学家齐格勒（K.Ziegler）和意大利化学家纳塔(G.Natt)发现了著名的乙烯、丙烯和其它烯烃聚合的Ziegler－Natt催化剂。这又是善于从偶然的事件中看到隐藏在后面的规律并成功应用于工业生产的成功事例。它能使得乙烯在较低压力下得到高密度的聚乙烯。高密度的聚乙烯在硬度、强度、抗环境压力开裂性等性能上都比原有的在高压下聚合得到的低密度聚乙烯好，较适合生产结构工业制品和生活用品，加上低压法生产相对高压法生产聚乙烯容易得多，因此聚乙烯工业得到了突飞猛进的发展，聚乙烯很快成为产量最大得塑料品种。随后在此基础上发展起来的定向聚合技术，不仅使高分子材料的生产上了一个台阶，而且也为配位催化作用开辟了广阔的研究领域，为现代合成材料工业奠定了基础。同时，这一发现还是高分子科学发展的一个重要里程碑，因为它标志着人类第一次可以在实验室内从乙烯、二乙烯及其其他单体合成过去只有生物体内才能合成的高分子。

1958年，德国Wacker Chemie化学公司的施密特(J.Smidt)实现了在钯催化下乙烯氧化合成乙酸的著名的瓦克工艺。施密特的特殊贡献不在于发现了什么新的化学反应，而是将以前发现的大家熟知的两个化学反应有机地巧妙“组合”在了一起，产生了“1+1>2”效应。同时他用钯代替汞作催化剂而消除了其对环境的污染危害。另外，瓦克工艺地发展使价廉的乙烯取代了价格昂贵、工业能耗高的乙炔成为化学工业的基础原料。

在金属有机开始蓬勃发展的背景之下，研究工作更需要研究者之间的合作与交流。于是1963年的一届金属有机化学国际会议在美国辛辛纳提州（Cincinnati,Ohio）召开，并开始出版金属有机化学杂志。

从此，金属有机化学的发展全方位开始欣欣向荣起来。20世纪60年代末期，大量新的、不同类型的金属有机化合物被合成出来。同时物理学的发展为其提供了更为先进的检测手段，使得通过对它们结构的测定而发现了许多新的结构类型。典型的代表就是1965年威尔金森（G.Wilkinson）合成了铑－膦配合物及发现了它优良的催化性能。由伍德沃德(R.B.Woodward)领导下的B12合成的成功宣告人类可以合成任何自然界存在的物质。进入20世纪70年代，科学家们逐渐归纳形成了一些金属有机化学反应的基元反应，从这些基元反应有发展成一些合成上有应用价值的反应。可以这么说，60年代金属有机化合物的合成、结构以及X－射线晶体结构的研究是70年代金属有机化合物在催化和合成中应用的前奏。这些反应往往是温和的，具有选择性的。例如，Monsanto公司的鲍里克(F.E.Paulik)实现了甲醇羰化制乙酸，而且这还是典型的绿色化学反应过程。凯姆（W.Keim）发现了镍配合物催化乙烯齐聚合成α－烯烃的SHOP工艺，开创了均相催化复相化的成功先例，解决了催化剂与产物分离的难题。

到20世纪70年代末，结合金属有机化合物的催化和选择性这两个性质发展成了催化的不对称合成。Monsanto公司的诺尔斯(W.Knowles)合成了治疗帕金森病的特效药L-Dopa，开创了不对称催化的新纪元。这又是人们利用金属有机化合物的某些优良特性，然后放大、组合来为人类造福。自然界存在的许多化合物是有手性的，也就是说它本身与它的镜像不能完全重合，就像人的左右手一样。拿药物分子来说，他的空间构型的某一种形式才对疾病有效，其他的构型没有疗效，或者药效相反，甚至对人体有害。震惊了欧洲的“反应停”事件就是很好的例子。如何得到我们想要的那种构型呢？金属有机化合物有了用武之地。金属有机化合物就像我们人的一只手，当它与药物分子反应时，就像人握手一样，两只右手或两只左手握在一块比一左手和一右手握在一起匹配，于是通过设计的金属有机化合物催化剂得到我们所需要的药物分子。这一学科经过20世纪80年代的经验积累，到了20世纪90年代有了飞速的发展。对其作出了卓越贡献的三位科学家诺尔斯(W.Knowles)、沙普勒斯（K.B.Sharpless）和野依良治也于2001年获得了诺贝尔化学奖。

这一时期的金属有机化学的发展有以下特点：

1.作为化学的热点学科之一，它在理论和实践上都有了长足的发展完善。50年代后的20多年期间，共有8位化学大师由于在金属有机化学研究中的成就尔获得诺贝尔化学奖。在20年期间内诺贝尔奖如此集中地授予同一三级学科是史无前例的。

2.在研究方法上有复杂到简单，再由简单到复杂。面对20世纪50、60年代积累起来的繁纷复杂的金属有机反应，化学家通过分类，归纳最终与70年代发现了金属有机化学反应的几个基元反应，然后，将这几个基元反应通过演绎的方式来指导以后金属有机化学反应的发现和工业化生产，促成了70年代后半期金属有机化学相关反应大规模的工业化生产及不对称催化的形成。

3.由理论研究到工业化生产的现实生产力转变的时间跨度变得愈来越短。往往是某一个具有价值的反应过程从实验室发现到完善、再到工业上的小试中试、最后到工业化生产实现要不上五年的时间，甚至更短。而这一过程过去则需要几十年或者更长。这一时期的化学家不光想着发现新的反应或化合物和结构，他们更关心和看重他们的发现的反应对实践的指导作用和所发现的物质的用途及工业化的实现。

4.在研究方法上，化学家成功应用新的检测手段为我所用，善于从前辈的丰富的经验积累中升华出理论，并将理论重新应用于实践，得到新的问题，在解决新问题的同时有进一步发展了理论。

三.金属有机化学的前沿问题及未来展望

1.环保 20世纪90年代末，化学面临着环境问题的严重挑战，原子经济性（指原料分子中究竟有百分之几的原子转化成所需要的产物）成了绿色化学的主要内容。过渡金属催化的高选择性能使金属有机化学能够扮演这个重要角色。同时绿色化学的12条准则中的大部分可以借助金属有机化学达到。比如预防环境污染、使用安全的助剂、提高能源经济性、减少衍生物、新型催化剂的开发等。这需要化学家，环境学者与专家的密切协作。

2.材料 应用金属有机机化合物作为催化剂合成电子材料、光学材料和具有特种性能的无机材料将是大有作为的。同时金属有机化合物本身作为材料也是研究的热点并又广阔的应用前景。这方面需要化学家、物理学家、材料科学家、技术专家的密切合作。

3.能源 以人工固氮及人工太阳能为主体的模拟生物功能来实现对能源的可持续性利用是21世纪能源方面研究的热点及前沿。实现这一过程的核心问题是模拟并应用自然界中植物用于固氮和转化太阳能的化学物质酶和叶绿素。而酶的大部分和叶绿素是金属有机化合物。金属有机化学在新能源利用方面责无旁贷也将大有作为。当然化学家还需要与生物学家，工程技术专家的共同协作。4.健康 生命最宝贵，而维持健康及治疗疾病的药物的研究与开发将是21世纪研究的热点。金属有机化合物不仅可以通过其催化性能来实现手性药物的合成，而且过去有机锑对血吸虫病、顺铂对癌症的优良疗效预示着金属有机化合物本身就是药物的大宝库。这需要免疫学家、放射学家、酶化学家的通力协作。

总之，在新的检测手段的强力支持下，在市场需求的不断拉动下，在可持续发展的大背景下，金属有机化学将成为新世纪环保、材料、能源及人类健康等方面研究开发的热门学科，其发展应用前景不可限量。

四.总结

作为一门交叉学科，金属有机化学自产生之日起，在社会需求的推动，本身问题的解决的拉动下，目前已成为化学中最活泼的学科之一。在它的发展过程中不仅屡次打破人们认识上的范式，而且在实现工业化过程中大大促进了生产力的发展。在新的世纪里，金属有机化学与新的具有活力的学科再次交叉，必将在环保、材料、能源和人类健康方面做出新的贡献。

参 考 资 料

1.何仁编著.配位催化与金属有机化学.北京：化学工业出版社，2002 2.R.布里斯罗著.化学的今天和明天：一门中心的、实用的和创造性的科学.北京：科学出版社，1998 3.陆熙炎主编.金属有机化合物的反应化学.北京：化学工业出版社，2000 4.王延吉，赵新强编著.绿色催化过程与工艺.北京：化学工业出版社，2002 5.黄耀曾.漫谈金属有机化学.中国教育星教育资源库及平台

金属有机化合物 篇6

【知识要点归纳梳理】

一、钠与酸、碱、盐反应的规律

1.钠与含-OH物质的反应

当钠与含有-OH的物质发生反应时，反应的剧烈程度取决于-OH上氢原子的活泼性，即-OH上氢原子电离的难易，越容易电离的越活泼。例如，将钠加入到下列物质中：①水；②乙醇；③乙酸，其反应的剧烈程度为③>①>②。

2.钠与碱溶液反应

钠与碱溶液反应的实质是与水反应。

3.钠与酸溶液的反应

分两种情况考虑：（1）若酸过量，则只考虑钠与酸的反应；（2）若钠过量，则过量的钠还要与水反应，不能认为钠先与水反应生成NaOH，NaOH再与酸发生复分解反应。不论哪种情况，都是钠先与酸反应。

4.钠与盐溶液的反应

钠与盐溶液反应时，不能置换出盐中的金属，这是因为金属阳离子在水中一般是以水合离子形式存在，即金属阳离子周围有一定数目的水分子包围着，不能与钠直接接触，而是先与水反应，再考虑生成的碱与盐的反应。例如，钠与硫酸铜溶液反应：

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

2NaOH+CuSO4Cu（OH）2↓+Na2SO4。

温馨提示：（1）通常钠不能从溶液中置换出金属，但若盐为熔融状态，钠可以置换出较不活泼的金属，例如：4Na+TiCl4高温4NaCl+Ti。（2）分析钠与酸、碱、盐溶液反应的计算题时，生成氢气的物质的量均按钠计算，使问题更简洁。

二、过氧化钠的性质及有关计算

1.过氧化钠的强氧化性、漂白性

过氧化钠中O为-1价，既有氧化性又有还原性，但以氧化性为主。过氧化钠表现出强氧化性的反应有：

①Na2O2+SO2Na2SO4；

②与FeCl2溶液反应：生成红褐色沉淀；

③Na2O2+Na2SO3+H2ONa2SO4+2NaOH；

④与氢硫酸反应：生成淡黄色沉淀；

⑤与品红溶液反应：品红溶液褪色；

⑥与酚酞溶液反应：溶液先变红，后褪色，同时产生气泡，等等。

提示：过氧化钠与具有还原性的盐溶液反应时，可以认为过氧化钠先与盐溶液中的水反应生成NaOH和O2，然后O2与还原性盐发生氧化还原反应，将上述两方程式合并，即得总反应的化学方程式。

2.过氧化钠与CO2、H2O反应的重要关系

2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2……a

2Na2O2+2H2O（g）4NaOH+O2……b

（1）物质的量或气体体积关系

无论是CO2、H2O还是二者的混合物，通过足量的过氧化钠时，CO2或H2O与放出的O2的物质的量之比均为2∶1。如果是气态水，则气体体积比亦符合上述比值关系。

（2）反应的先后关系

当CO2和H2O同时通过足量的Na2O2固体时，如果认为H2O先与Na2O2发生反应，则CO2就会与其产生的NaOH反应，重新生成与上述反应等量的H2O，其结果相当于H2O未参加反应。因而可以认为CO2先与Na2O2反应。

（3）固体质量变化关系

由反应a可知：若有2 mol CO2与足量Na2O2反应，固体质量增加56 g，这恰好相当于“吸收”了2 mol CO的质量；由反应b可知，若有2 mol H2O与足量Na2O2反应，固体质量增加4 g，这恰好相当于“吸收”了2 mol H2的质量。因此，若某物质的组成可变形为xCO·yH2，则其完全燃烧后的产物通过足量的Na2O2时，固体增加的质量恰好为该物质的质量。例如CH4O、CH2O、C6H12O6等。

三、碳酸钠与碳酸氢钠

碳酸钠（Na2CO3）碳酸氢钠（NaHCO3）俗名纯碱、苏打小苏打水溶性均易溶，但温度相同时碳酸钠溶解度更大溶液的

酸碱性碱性（酚酞试

液红色较深）碱性（酚酞试液

变浅红色）热稳定性不分解2NaHCO3△

Na2CO3 +CO2↑+H2O与盐酸反应Na2CO3+2HCl

2NaCl+H2O+CO2↑NaHCO3+HCl

NaCl+H2O+CO2 ↑与CaCl2

溶液Na2CO3 +CaCl2

CaCO3↓+2NaCl不反应相互转化Na2CO3+CO2+H2O

2NaHCO3NaHCO3+NaOH

Na2CO3+H2O

或2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O主要用途广泛用于玻璃、制皂、造纸、纺织等工业及生活中的洗涤剂发酵粉；医疗上治疗胃酸过多四、镁、铝的氧化物与氢氧化物

镁和铝的氧化物、氢氧化物在性质上既有相同点，也有不同点。

1.相同点

（1）MgO和Al2O3都是高熔点的氧化物，它们都难溶于水。

（2）MgO和Al2O3、Mg（OH）2和Al（OH）3都能与H+反应。

（3）Mg（OH）2和Al（OH）3受热都能发生分解，生成相应的氧化物。

2.不同点

MgO、Mg（OH）2都不与强碱溶液反应，而Al2O3、Al（OH）3都能与强碱溶液反应。Al（OH）3既能与强酸反应，也能与强碱反应，是因为Al（OH）3在水溶液中存在下列电离平衡：

Al3++3OH-Al（OH）3H++AlO-2+H2O

碱式电离 酸式电离

由上述电离方程式可知，Al（OH）3与酸反应时相当于三元碱，与碱反应时相当于一元酸。

五、铝的重要化合物

铝及其化合物的性质尤其是Al（OH）3与Al3+、AlO-2的相互转化十分复杂，可将其内容归纳为“铝三角”：

铝的各种化合物之间的相互转化关系尽在该“铝三角”中，给记忆带来极大方便。

温馨提示：有关离子共存问题

Al3+与OH-、CO2-3、HCO-3、S2-、HS-、AlO-2等因生成沉淀或双水解反应而不能大量共存；AlO-2与H+、NH+4、Al3+、Fe3+等发生双水解反应而不能大量共存；AlO-2与HCO-3因发生复分解反应而不能大量共存。

Al3+和AlO-2双水解反应的方程式如下：

Al3++3AlO-2+6H2O4Al（OH）3↓。

六、铝及其化合物的常见图象

1.向AlCl3溶液中逐滴加入氨水，见图1。图中OA的长度取决于AlCl3的物质的量大小。

2.向AlCl3溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液，见图2。图中OA∶AB=3∶1。

3.向NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液，见图3。图中OA∶AB=3∶1。

4.向NaAlO2溶液中逐渐通入二氧化碳，见图4。图中OA的长度取决于NaAlO2的物质的量大小。

5.向偏铝酸钠溶液中逐滴加入稀盐酸，见图5。图中OA∶AC=1∶3。

6.向稀盐酸中逐滴滴入偏铝酸钠溶液，见图6。图中OA∶AB=1∶3。

图1图2图3图4图5图6【高考题型归纳剖析】

题型一、考查物质的用途

例1（2014年福建）下列有关物质应用的说法正确的是（ ）。

A.生石灰用作食品抗氧剂

B.盐类都可作调味品

C.铝罐可久盛食醋

D.小苏打是面包发酵粉的主要成分

解析A，生石灰做干燥剂，错误；B，食盐可做调味品，其它盐类如BaCl2有毒；C，铝能与醋酸反应，不可久盛食醋；D，小苏打发酵时能产生CO2，是面包发酵的原因。答案：D。

题型二、结合实验考查有关性质

例2（2015年新课标Ⅰ卷理综化学）下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有 因果关系的是（ ）。

选项实验现象结论A.将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液有气体生成，溶液呈血红色稀硝酸将Fe氧化为Fe3+B.将铜粉加1.0 mol·L-1

Fe2（SO4）3溶液中溶液变蓝、有黑色固体出现金属铁比铜活泼C.用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热熔化后的液态铝滴落下来金属铝的熔点较低D.将0.1 mol·L-1 MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生，再滴加0.1 mol·L-1 CuSO4溶液先有白色沉淀生成后变为浅蓝色沉淀Cu（OH）2的溶度积比Mg（OH）2的小解析A，稀硝酸与过量Fe粉反应，无Fe3+生成，与少量Fe粉可以生成三价铁离子，错误；B，Cu与Fe3+可生成Cu2+和Fe2+不会有黑色固体生成，错误；C，铝受热后生成高熔点的氧化铝，阻碍了内部的铝融化滴落，现象错误；D，根据溶度积的应用原理，沉淀向溶度积小的物质转化，正确。

答案：D。

题型三、考查对实验方案的设计与评价

例3（2011年北京理综，11）下列实验方案中，不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3的质量分数的是（ ）。

A.取a g混合物充分加热，减重b g

B.取a g混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b g固体

C.取a g混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b g

D.取a g混合物与足量Ba（OH）2溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得b g固体

解析NaHCO3受热分解而Na2CO3受热不分解，因而根据加热后固体质量减少可求出NaHCO3的质量，进而求得Na2CO3的质量分数，A项正确；方案B最后所得b g固体为氯化钠，含有b58.5mol Na+，根据Na+守恒，可得

n（NaHCO3）+2n（Na2CO3）=b58.5 mol①

根据混合物质量可得

84 g·mol-1×n（NaHCO3）+106 g·mol-1×n（Na2CO3）=a g②

①②联立可得二者的质量，从而求得质量分数，B项正确；碱石灰的成分为NaOH、CaO，会吸收二氧化碳和水蒸气，b g为CO2和H2O的总质量，无法计算混合物的总物质的量，应将所得气体先通过浓硫酸再用碱石灰吸收方可，C项错误；方案D最后所得b g固体为BaCO3，为b197mol，根据碳元素守恒可知Na2CO3与NaHCO3的物质的量之和为b197mol，又知两物质的质量之和为a g，故可求得碳酸钠质量分数，D项正确。

答案：C。

题型四、考查元素周期律与基本概念

例4（2015年江苏）在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是（ ）。

A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体

B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径：r（Mg2+）>r（Mg）

C.在该反应条件下，Mg的还原性强于C的还原性

D.该反应中化学能全部转化为热能

解析A，碳元素还存在C60C70等同素异形体，A错误；B，根据半径大小比较的方法，先看层数，镁原子层数多于镁离子，镁原子半径大，B错误；C，根据氧化还原反应中，还原剂的还原能力大于还原产物的还原能力，Mg是还原剂，C是还原产物，故C正确；D，除去热能外，还会有光能，D错误。

答案：C。

题型五、金属的制备原理与方法

例5（2013年高考试题改编）金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。

（1）由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是（）。

a.Fe2O3 b.NaCl c.Cu2S d.Al2O3

（2）用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。如：

2Al+4BaO高温3Ba↑+BaO·Al2O3

常温下Al的金属性比Ba的金属性 （选填“强”“弱”）。利用上述方法可制取Ba的主要原因是 。

a.高温时Al的活泼性大于Ba

b.高温有利于BaO分解

c.高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定

d.Ba的沸点比Al的低

解析（1）金属活动性表Al以前的金属属于活泼金属，一般采用电解法，故此，选b、d。

（2）该反应利用Ba的沸点低，首先挥发出来，导致平衡右移，从而制得Ba。

答案：（1）b d（2）弱；d。

金属及其化合物复习 篇7

一、指导思想与理论依据

1.指导思想

建构主义的基本观点为:“学习不是老师向学生传递知识信息、学习者被动吸收的过程, 而是学习者主动建构知识的意义的过程。”认为学习是学习者利用感觉吸收并且建构意义活动的过程, 这一过程不是被动的接受外部知识, 而是同学习者接触的外部世界相互作用的结果。主张在教学活动中, 要以学习者为中心, 从学习者个体出发, 以人为本, 真正把发挥学习者主体能动性放在教学活动与学习活动的首位。

2.理论依据

高中化学必修1模块的“元素及其化合物”内容繁多, 易学难记。化学基本观念是学习该部分内容的“脚手架”;同时, 元素及其化合物教学内容是中学生形成和巩固化学基本观念的“物质基础”。

二、教学背景分析

1.教学内容分析

(1) 在课程与教材中的地位

义务教育阶段:初步了解金属单质的物理和化学性质, 知道活泼金属可以与酸反应置换出氢气。

高中必修阶段:人教版必修1模块系统介绍了金属单质的化学性质, 并着重介绍了钠、铁及铝化合物的内容。

(2) 核心知识的功能价值

社会的发展与我们日常生活离不开化学物质, 从化学学科的社会价值角度来说, 研究“元素及其化合物”有非常重要的实际意义;化学的主要研究内容是物质的组成、结构、性质及应用, 而这些研究内容必须以“元素及其化合物”为载体, 同时, “元素及其化合物”为后续有关化学原理和理论的学习奠定“物质基础”, 是学生在中学阶段形成元素观、分类观和变化观等重要化学观念的关键所在, 从这个角度而言, “元素及其化合物”的知识具有非常重要的学科价值。离开元素及其化合物, 化学就变为无源之水, 无本之木。

(3) 知识本身特点

实际教学中, 高中化学必修1模块的“元素及其化合物”是被普遍认为“教师难教, 学生难学”的部分, 原因是这部分知识本身特点是内容繁多, 易学难记。

2.学生情况分析

(1) 知识与能力基础

通过人教版必修1模块第二章《化学物质及其变化》的学习, 同学们已经形成基本的化学观念:分类观和变化观;经过第三章《金属及其化合物》的学习, 同学们已经认识常见金属及其化合物的性质。高中阶段的学生具有较好的分析理解和归纳能力, 但是主动构建知识网络的能力较差, 思想上存在一定的惰性与畏难情绪。

(2) 学生认识障碍点及待发展点

障碍点:有规律地记忆金属及其化合物的性质, 能较快地找到物质之间转化的途径。

待发展点:从化合价和物质类别两个角度学习化合物的性质。

(3) 教学方法

以具体元素化合物化学知识为载体, 以化学基本观念建构为主旋律, 以认识模型为教学手段, 有效促进知识向能力、素质的转化, 从而促进学生科学素养的全面发展。

三、本课教学目标设计

1.知识与技能

(1) 从化合价和物质类别两个角度分析化合物的性质。

(2) 设计物质间相互转化的路线。

2.过程与方法

以化学基本观念为核心, 构建认识模型, 有规律地学习金属及其化合物的性质。

3.情感态度与价值观

(1) 体会有序思维在学习中的重要作用。

(2) 感受金属化合物在生活中的应用, 增强对化学的热爱。

四、教学过程与教学资源设计

2.教学过程设计

五、学习效果评价设计

对本节课学生学习效果以及教师自身教学效果的评价分析, 评价方式应尽可能做到目的性和可操作性强, 灵活多样。

教学反思

元素化合物属于事实性知识, 而其中蕴含的“物质分类”和“物质变化”属于化学基本观念范畴。化学基本观念是对具体知识的概括提升, 具有超越事实知识的迁移价值。学习价值在于能促进学生学习方式的转变, 增进学生对知识的理解, 促进知识向能力的转化。事实性知识容易被忘记, 但是通过学习形成的认识事物、解决问题的思想、观点和方法会留在学生的头脑中, 通过这些方法可以帮助学生回忆起具体的化学知识, 同时指导学生的后续学习与生活。

本节课是一节复习课, 教学设计建立在学生已有的知识基础上, 以具体元素化合物化学知识为载体, 以化学基本观念建构为主旋律, 以认识模型为教学手段, 已经超越对具体化学知识本身的学习, 能够有效地促进知识向能力、素质的转化, 从而促进学生科学素养的全面发展。认识模型和建构化学基本观念巧妙结合, 对于实施有效教学具有重要意义, 不管是在复习课中, 还是新授课, 我们都应该去尝试、去创新。

金属有机化合物 篇8

金属有机骨架(MOFs)材料是一类新型无机-有机杂化材料,其孔结构和表面性质的可设计性使其在气体储存和分离以及非均相催化等领域用途广泛,是吸附领域的研究热点之一[6,7,8]。MOFs材料在液相吸附领域的应用刚处于起步阶段,目前用于水中污染物脱除已取得一些研究进展[9],但对水中有机酸的吸附还未见报道。MIL-100(Fe)、 MIL- 100(Cr)和NH2-MIL-101(Al)是由不同金属构成的具有相同骨架结构的MOFs材料,耐水性能好, 适用于废水处理。

本工作采用水热-溶剂热法制备了MIL-100(Fe)、 MIL-100(Cr)和NH2-MIL-101(Al)3种MOFs材料,考察了这3种MOFs材料对苯甲酸、 水杨酸和山梨酸3种有机酸模拟废水的吸附处理效果,并与大孔吸附树脂D101进行了比较。

1实验部分

1.1试剂和仪器

Cr O3、均苯三甲酸、Al Cl3·6H2O、2-氨基对苯二甲酸、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、铁粉、 HF、HNO3、甲醇、无水乙醇、苯甲酸、水杨酸和山梨酸:均为分析纯;去离子水;大孔吸附树脂D101:市售。

Rigaku R-Axis Spider型X射线衍射仪;日本理学株式会社;Autosorb i Q型比表面积和孔径分析仪:美国康塔仪器公司;Waters e2695型高效液相色谱仪:美国Waters公司;THZ-92C型台式恒温振荡器:上海博讯实业有限公司;45 m L不锈钢水热反应釜:美国Parr仪器公司。

1.2实验方法

1.2.1 MOFs材料的制备

MIL-100(Fe)的合成[10]:取0.28 g铁粉和0.705 g均苯三甲酸放入装有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中,加入25 m L含0.4 mol/L的HF和0.12 mol/ L的HNO3的溶液,搅拌均匀后于150 ℃下密封反应12 h,自然冷却至室温,分别用去离子水、DMF和无水乙醇各洗涤3次,干燥得到MIL-100(Fe)。

MIL-100(Cr)的合成[11]:取0.5 g Cr O3和1.05 g均苯三甲酸放入水热反应釜中,加入1 m L浓度为5 mol/L的HF和24 m L去离子水,搅拌均匀后在220 ℃下密封反应96 h,自然冷却至室温,分别用去离子水、DMF和无水乙醇各洗涤3次,干燥得到MIL-100(Cr)。

NH2-MIL-101(Al)的合成[12]:取0.408 g Al Cl3·6H2O和0.448 g 2-氨基对苯二甲酸放入水热反应釜中,加入24 m L DMF,搅拌均匀后在130 ℃ 下密封反应72 h,自然冷却至室温,分别用DMF和甲醇各洗涤3次,干燥得到NH2-MIL-101(Al)。

1.2.2 MOFs材料的表征

采用X射线衍射仪测定所合成MOFs材料的XRD谱图;采用比表面积和孔径分析仪在77 K下测定N2在MOFs材料上的吸附-脱附曲线。

1.2.3吸附实验

准确称取一定量的苯甲酸、水杨酸和山梨酸,分别溶于去离子水中,配置一系列不同质量浓度的模拟废水,在有机酸自身p H条件下进行吸附实验。准确称取约100 mg的MOFs材料置于20 m L具盖样品瓶中,加入15 m L一定质量浓度的废水,在恒温振荡器中以180 r/min的转速振荡24 h达到吸附平衡,过滤得上清液,测定其中有机酸的质量浓度, 按式(1)计算各有机酸的平衡吸附量(qe,mg/g)。

式中, ρ0和ρe分别为有机酸的初始质量浓度和平衡质量浓度,mg/L;V为废水体积,L;m为吸附剂MOFs材料的质量,g。

2结果与讨论

2.1 MOFs材料的表征结果

MOFs材料的XRD谱图见图1。由图1可见, 制备的MOFs材料的XRD谱图与根据单晶结构所得MIL-100和MIL-101标准谱图吻合得很好,说明制备的MOFs材料为单一化合物。

由MOFs材料的N2吸附-脱附曲线得出,MIL- 100(Fe)、MIL-100(Cr)和NH2-MIL-101(Al)的BET比表面积分别为1 675,1 695,1 942 m2/g。

2.2 MOFs材料对有机酸的吸附性能

在吸附温度为30 ℃的条件下,3种MOFs材料和大孔吸附树脂D101对苯甲酸、山梨酸和水杨酸的平衡吸附量分别见图2~4。

由图2可见:NH2-MIL-101(Al)对苯甲酸的平衡吸附量很大;D101对苯甲酸的平衡吸附量中等; MIL-100(Cr) 和MIL-100(Fe)对苯甲酸的平衡吸附量很小,说明金属类型Fe和Cr对苯甲酸的吸附基本没有影响。

由图3可见:NH2-MIL-101(Al)对山梨酸具有优异的吸附性能;MIL-100(Cr) 、MIL-100(Fe) 和D101对山梨酸的平衡吸附量较低且较接近,说明MIL-100中不同金属对山梨酸的吸附影响很小。

由图4可见,3种MOFs材料和D101对水杨酸的平衡吸附量均很小,吸附等温线近似为线性, NH2-MIL-101(Al)比MIL-100(Cr) 和MIL-100(Fe)具有略大的平衡吸附量。

2.3 NH2-MIL-101(Al)对3种有机酸的吸附等温线拟合结果

30 ℃下NH2-MIL-101(Al)对3种有机酸的吸附等温线见图5。由图5可见,NH2-MIL-101(Al) 对苯甲酸和山梨酸的吸附性能比水杨酸好很多,对山梨酸的平衡吸附量比苯甲酸略高。

分别采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型(见式(2)和式(3))对实验数据进行拟合,拟合结果见表1。

式中: qsat为饱和吸附量,mg/g;b为吸附系数,L/ mg;k和n为Freundlich常数。

由表1可见:Langmuir模型和Freundlich模型能较好地描述NH2-MIL-101(Al)对山梨酸和苯甲酸的等温吸附过程,Langmuir方程比Freundlich方程拟合得更好;NH2-MIL-101(Al)对水杨酸的吸附等温线近似线性,Freundlich方程比Langmuir方程拟合得更好。NH2-MIL-101(Al) 对苯甲酸具有优异的吸附性能,其饱和吸附量达到114.3 mg/g,优于大部分吸附剂[13]。

3结论

a) 制备了MIL-100(Fe)、 MIL-100(Cr)和NH2-MIL-101(Al)3种MOFs材料。采用MOFs材料进行的水中苯甲酸、山梨酸和水杨酸的吸附实验表明, NH2-MIL-101(Al)对苯甲酸的平衡吸附量很大,D101的平衡吸附量中等; MIL-100(Cr)和MIL-100(Fe)的平衡吸附量很小。NH2-MIL- 101(Al)对山梨酸具有优异的吸附性能;MIL-100(Cr) 、MIL-100(Fe)和D101对山梨酸的平衡吸附量较低且较接近;3种MOFs材料和D101对水杨酸的平衡吸附量均很小。

金属有机化合物 篇9

目前既方便又经济的脱硫方法中数吸附法最受青睐[8,9,10]。吸附行为属于表面现象,吸附材料具有超高表面积是其具备良好吸附行为的关键[11,12]。随着多孔材料的不断发展,具有超高表面积和特殊金属配位的金属有机骨架材料(MOFs)引起了人们的关注[13]。代伟等[14]选用 MOF-199 为脱硫剂,用以脱除模型油中的噻吩,其穿透容量达 0.94%,吸附饱和容量达 1.96%。

MOF-14[15]是一种新型的多孔材料,比表面积高达 1502m2/g,孔容为 0.53cm3/g,对 CH4,CH2Cl2,CCl4,C6H6,C6H12 等均具有良好的吸附性能。MOF-14 骨架中具有 2 种孔径尺寸(76.6,140.0nm),均大于噻吩、苯并噻吩的动力学直径(分别为 5.3,54.5nm)[16],噻吩分子和苯并噻吩分子可以进入 MOF-14 的孔道内部。另外,MOF-14 在空气和水以及多种溶剂中都能稳定存在。鉴于上述性能优势,本工作选择 MOF-14 作为吸附剂,考察了它对模型油中噻吩类硫化物的脱除效果,旨在为脱硫剂的开发和应用提供基础数据。

1 实验部分

1.1 原料及试剂

H3BTB-1,3,5-三(4-羧酸)苯基-苯,纯度大于 99%,西格玛-奥德里奇(上海)贸易有限公司生产。三水合硝酸铜[Cu(NO3)2·3H2O]、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇、二氯甲烷、甲苯、吡啶、丙酮、二甲基亚砜等均为分析纯,沈阳国药集团化学试剂有限公司生产。配制模型油用原料:噻吩、苯并噻吩为分析纯,正辛烷为化学纯,沈阳国药集团化学试剂有限公司生产。去离子水,实验室自制。

1.2 MOF-14的制备

分别称取 23.0mg H3BTB-1,3,5-三(4-羧酸)苯基-苯,70.6mg Cu(NO3)2·3H2O,溶解于乙醇(3mL),DMF(3mL)与水(2mL)的混合液中,然后将反应溶液装入内衬有聚四氟乙烯的反应釜中,于 65℃ 下反应 24h。过滤出晶体,用 DMF 洗涤,用二氯甲烷每 24h 进行 1 次交换。最后在 120℃ 真空条件下处理 12h,制得 MOF-14 试样。

1.3 MOF-14 的分析表征

X 射线衍射(XRD)

在日本理学Rigaku D/max-2500 型 X 射线衍射仪上进行样品的粉末 XRD 表征。石墨单色器,CuKα辐射,管电流 50mA,管电压 40kV,扫描区间 2～50°,扫描步长 0.02°。

显微形貌

将晶体在显微镜下进行放大,同时运用奥林巴斯 BX 51 照相机对其进行拍照。

在溶剂中的稳定性

称取 10 mg MOF-14 试样若干份,分别置于 5mL 各种溶剂(去离子水、乙醇、DNF、丙酮、甲苯、二甲基亚砜等)中,搅拌后静置 3d,通过肉眼观察 MOF-14 晶体能否在溶剂中溶解。

1.4 模型油的配制及硫含量的分析

按照一定的质量比配制噻吩与正辛烷、苯并噻吩与正辛烷的模型油,然后用正辛烷将其含硫质量分数分别稀释至0.100%,0.025%。采用气相色谱分析样品管中噻吩硫含量:初始柱温60℃,最终柱温130℃,升温速率5℃/min,进样室温度170℃,辅助箱温度180℃,分流比40/1,进样体积1μL,采用面积归一化法计算硫含量。采用气相色谱分析样品管中苯并噻吩硫含量:初始柱温80℃,最终柱温150℃,升温速率5℃/min,进样室温度270℃,辅助箱温度280℃,分流比40/1,进样体积1μL,采用面积归一化法计算硫含量。

1.5 固定床动态吸附实验

实验在自制的固定床上进行,采用加热带将反应温度控制在 20℃。为避免模型油中的溶解水对脱硫效果的影响,采用 4 A 分子筛与吸附剂分层填柱。先将一定量的 4 A 分子筛装入填充柱中,然后装入一定量的 MOF-14 吸附剂,中间用棉花将二者隔开。向填充柱内通入 N2,于 120℃ 下活化 2h,脱除吸附剂中的水。在 N2 保护下,将活化后的吸附柱自然冷却至室温。将正辛烷(11mL/h)通入吸附柱中 3h,使得吸附剂对其完全吸附。通入模型油进行吸附实验,控制空速 200h-1。吸附剂吸附容量的计算公式如下:

undefined∫t0[1-ct/ci)]dt×100%。 (1)

式中:q—吸附容量或饱和容量,%;ci—模型油初始含硫质量分数,%;ct—t 时刻模型油中硫质量分数,%;w—含硫化合物中的硫质量分数,%;ρ—模型油的密度,g/mL;υ—模型油的流速,mL/min;m—吸附剂的质量,g。

1.6 吸附剂的再生

吸附结束后,将固定床加热至 100℃,通甲苯(15mL/h)清洗,对吸附剂进行再生。至流出液中检测不到苯并噻吩时,再生完成。

2 结果与讨论

2.1 MOF-14 的性质

2.1.1 XRD 表征

图 1 为所制备晶体的 XRD 谱图。可见其分别在 4.6,8.4,20.9°出现特征峰。这与参考文献[17]中所描述 MOF 的特征峰相一致,表明实验所合成晶体为 MOF-14。

2.1.2 微观形貌

如图 2 所示,MOF-14 是一种绿色块状晶体材料,具有规则的几何外形,与参考文献[15]中的描述相符。

2.1.3 在不同溶剂中的稳定性

MOF-14 在不同溶剂中的稳定性实验结果表明,在实验所用的无机或有机溶剂中,MOF-14 都呈现出良好的稳定性。特别是在去离子水中,它也可以长期稳定存在,不发生溶解。在工业生产中,水分子的存在难以避免,如果吸附材料能在水溶液中稳定存在,则为大规模工业应用提供了可能。

2.2 MOF-14 的脱硫效果

2.2.1 噻吩

图 3 示出了 MOF-14 对模型油中噻吩的脱除效果。

由图 3 可见,当每克吸附剂上流过的模型油体积为 63.52mL 时,样品中开始检测到噻吩的存在,此点作为穿透点,由式(1)计算出 MOF-14 吸附脱硫的穿透吸附容量为 1.41%;当流过每克吸附剂的模型油体积达到 182.43mL 时,吸附达到饱和,其饱和穿透容量为 2.02%。

2.2.2 苯并噻吩

图 4 示出了 MOF-14 对模型油中苯并噻吩的脱除效果。

由图 4 可见,吸附苯并噻吩穿透点模型油体积为 180.60mL,由式(1)计算出穿透吸附容量为 0.49%;饱和点模型油体积为 212.19mL,饱和吸附容量为 0.53%。

SBA-15 是一种性能较好的脱硫吸附剂,其穿透、饱和吸附容量分别为 0.87%,1.81%[18]。比较可见,MOF-14 的脱硫效果要优于 SBA-15。究其原因,一是由于 MOF-14 的表面积比 SBA-15 的大,另一方面可能是 MOF-14 晶体骨架中含有 Cu2+,在吸附过程中,吸附剂和噻吩分子在发生物理吸附的同时,也可能与 Cu2+ 发生络合产生了化学吸附[19,20]。

2.3 空速对 MOF-14 脱硫效果的影响

考察了空速对 MOF-14 晶体脱硫效果的影响,结果见图 5。

由图 5 可见,MOF-14 的空速非常大,比分子筛和活性炭的都要大,由此证明它的吸附速率非常快,吸附效率高[21]。另外,随着空速的增大,MOF-14 的饱和吸附容量逐渐减小。综合考虑吸附速率和吸附效果,选择适宜的空速。

2.4 MOF-14 脱硫剂的再生

考察了 MOF-14 吸附剂再生后对苯并噻吩的脱除效果,结果见图 6。

由图 6 可见,穿透点模型油体积为 180.36mL,相应穿透吸附容量为0.49%;饱和点模型油体积为 211.98mL,饱和吸附容量为 0.53%。与再生前相比,脱硫效果恒定,表明再生率基本达到 100%。

3 结论

a.采用水热法合成出 MOF-14 晶体,在固定床上于室温下考察了其对模型油中噻吩和苯并噻吩的脱除效果。结果表明,MOF-14 对噻吩和苯并噻吩的饱和吸附容量分别为 2.02%,0.53%。

非金属元素及其化合物 篇10

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%

金属有机化合物 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

金属有机化合物 篇12

超声波是一种特殊的能量, 巨大的能量输入可以产生强大的冲击波很好地提高反应的速度, 缩短反应时间。通过控制超声时间的不同可以很好的控制所需合成材料的形貌和结构。可以得到具有特殊形貌的纳米球、纳米棒和纳米环等。与此同时也可以生成尺寸很小且粒径分布窄的产物。声化学作为新兴学科备受科研小组青睐, 越来越多的研究者加入到此方面研究。超声法在近几年得到飞速发展, 目前已经成为一种快速合成金属-有机骨架材料的合成方法, 超声时, 由于分散高效的降低纳米粒子团聚, 产生瞬时局部高温高压, 同时弱化了粒子相互间的纳米作用能, 使得晶体的形成过程加快[2]。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

醋酸锌、无水乙醇, 均为分析纯, 国药集团化学试剂有限公司;对苯二甲酸, 分析纯, 北京市兴津化工厂;氢氧化钠, 分析纯, 上海化学试剂四厂;盐酸, 分析纯, 振兴化工二厂有限公司。

真空干燥箱:上海和晟仪器科技有限公司DZF 6020B, 电子天平:METTLER TOLEDO AL104, 磁力加热搅拌器:上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司MYP11-2, 在SU8010 15k V的扫描电镜下进行形貌的表征, 在丹东菲利普合资公司Siemens Y-4Q型X射线衍射仪上测定粉末X射线衍射。

1.2 制备与合成

将0.219g醋酸锌溶17m L蒸馏水, 0.332g的Na2BDC溶解于10m L蒸馏水, 并将二者混合, 搅拌均匀;将混合反应后的溶液分成相同的5组, 分别编号为1、2、3、4、5。将5组溶液在数控超声波清洗器对其进行超声辅助反应。1、2、3、4组分别控制超声时间为5 min、15 min、30 min、60 min。将第5组不做超声处理反应60 min作为空白对照组;将反应后的5组混合溶液进行抽滤, 抽滤后, 水洗 (5×5m L) , 醇洗 (5×5m L) , 自然干燥, 别得白色粉末固体[3]。

2 结果与讨论

2.1 结构分析

通过对不同超声时间合成的产物进行XRD表征, 我们能够看出产物是高度晶化, 并且就是我们的目标产物Zn BDC·x H2O, 通过计算便可以得知晶粒的大小是与SEM显示的晶粒形貌大小是相符合的。

2.2 形貌分析

我们选取了5组Zn BDC·x H2O样品进行扫描电镜的检测和分析, 来证明超声时间的不同与生成的纳米晶的微观形貌之间的关系, 它们分别是:超声5min;超声15min;超声30min;超声60min和不进行超声处理的产物。可以看出, 在无超声辅助的反应条件下, 生成的产物有很多大尺寸的块状微粒, 大小分布也不均匀, 其微观形貌是极不规则的。引入超声辅助合成后, 所生成的产物的微观形貌就发生了变化, 有很多尺寸很小的微粒形成, 分布较均匀。这说明在超声辅助的条件下, 更容易生成微观形貌分布规则的产物。并且在相同反应时间下, 随着超声辅助时间的增加, 生成的产物微观形貌整体呈现越来越细小和规则的趋势, 生成的产物尺寸更小, 分布更加均匀。这说明超声辅助时间的不同可以影响生成产物的微观形貌的分布情况。这些都说明超声辅助时间的不同会对反应中产生的产物的微观形貌有很重要的影响, 也就是说, 通过控制超声反应时间可以调控生成的纳米晶的微观形貌。

参考文献

[1]张丹, 宋佳, 宫晓杰, 等.合成时间对金属有机骨架材料MIL-53 (Cu) 结构影响的初步研究[J].化工科技, 2015, 23 (3) :47-49.

[2]张晓东, 董寒, 赵迪, 等.金属有机骨架材料Cu3 (BTC) 2的制备及其光催化性能研究[J].水资源与水工程学报, 2015, 26 (4) :35-37.