【定义】由两种或两种以上的简单盐类组成的同晶型化合物,叫做复盐。
【说明】
1.复盐又叫重盐。复盐中含有大小相近、适合相同晶格的一些离子。例如,明矾(硫酸铝钾)是KAl(S04)2·12H20,莫尔盐(硫酸亚铁铵)是(NH4)2Fe(S04)2·6H20,铁钾矾(硫酸铁钾)是KFe(S04)2·12H20。
2.复盐溶于水时,电离出的离子,跟组成它的简单盐电离出的离子相同。例如,KAl(S04)2=K++A13++2SO42-
3.使两种简单盐的混合饱和溶液结晶,可以制得复盐。例如,使CuS04和(NH4)2S04的溶液混合结晶,能制得硫酸铜铵[(NH4)2S04 ·CuS04 ·6H20]。
4.由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的盐。例如硫酸铝钾[KAl(SO4)2],十二水合硫酸铝钾[KAl(SO4)2·12H2O]俗称明矾。明矾也可用化学式K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O表示,是无色晶体,溶于水完全电离产生三种离子,Al3+水解形成Al(OH)3胶体,水溶液呈酸性。
Al(OH)3有很强的吸附能力,它吸附水中悬浮的杂质形成沉淀。因此,明矾可作净水剂,还可作收敛剂和媒染剂。
5.氯化镁钾[KMgCl3]也是复盐。自然界的KCl·MgCl2·6H2O,俗称光卤石,易溶于水。从光卤石可提取KCl和MgCl2。复盐和复盐的水合物都属于纯净物。
【结晶水合物】含有结晶水的固体物质,叫做结晶水合物。
说明
1.结晶水合物中的水分子是以确定量存在的,如FeCl3·6 H20、 FeS04·7 H2O、 Ba (OH) 2 · 8 H2O和ZnS04 ·7 H2O 等。因此,结晶水合物是纯净物。
2.水合物中的水分子有各种结合方式。一种是作为配位体,配位在金属离子上,叫配位结晶水。另一种结合在阴离子上,叫阴离子结晶水。例如,CuS04·5 H20加热到113℃,只失去4分子,加热到258℃才能脱去最后1分子水。由此推断,它的结构是[Cu(H2O)4]2+[S04(H20)]2-3.含有结晶水的物质叫做结晶水合物。又称水合物、水化物。如绿矾(FeSO4·7H2O)、二水合硫酸(H2SO4·2H2O)、六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)等。除水合离子外,结晶水合物大多是晶态物质。结晶水合物在受热时会失去结晶水,并有显著的吸热效应。
【定义】主要以共价键结合形成的化合物,叫做共价化合物。
【说明】
1.不同种非金属元素的原子结合形成的化合物(如CO2、ClO2、B2H6、BF3、NCl3等)和大多数有机化合物,都属于共价化合物。在共价化合物中,一般有独立的分子(有名符其实的分子式)。通常共价化合物的熔点、沸点较低,难溶于水,熔融状态下不导电,硬度较小。
2.有些离子型化合物中也可能存在共价键结合。例如NaOH分子中既有离子键又有共价键。有些共价化合物中局部区域也可能包含离子键的成分,例如苯酚钠等。
3.以共价键结合的有限分子(即共价化合物分子),且靠分分子间范德华力作用而凝聚成的晶体,是典型的分子晶体,如CO2晶体、苯的晶体等。以共价键结合的无限分子形成的晶体属于共价型晶体或原子晶体,它是由处于阵点位置的原子通过共价键结合而成的晶体,如金刚石晶体、单晶硅和白硅石(SiO2)晶体。【定义】阳、阴离子之间通过离子键结合而形成的化合物为离子化合物。
【说明】
1. 离子化合物的形成可以用电子式表示:如氯化铵形成的电子式为:
2.离子化合物在室温下以离子晶体形式存在,不存在单个的离子化合物分子。NaCl、MgO、CaF2等实际上只是表示离子晶体中阳、阴离子个数的简单整数比和重量组成比的化学式,不是分子式。只有在气态时才有离子型分子。
3.离子化合物的熔点,与离子所带电荷、离子半径和离子的核外电子排布等结构特征有关。一般说来,阳、阴离子所带的电荷越多、离子半径越小,离子化合物的熔点越高。如果离子化合物的其他特征相同,则阳、阴离子的核间距越大,它们的熔点越低。
4.大多数离子化合物易溶于水,难溶于有机溶剂。离子化合物在水溶液中和在熔融状态下都有能自由移动的离子,因此能导电。
【定义】含有过氧基(一O一O一)的化合物叫做过氧化物。
【说明】
1.过氧化物中氧的氧化数是-l。过氧化物包括过氧化氢(H202)、金属过氧化物、过氧酸盐和有机过氧化物。过氧化物可以看作是过氧化氢的衍生物。
2.金属过氧化物只是碱金属和碱土金属中存在过氧化物,例如Na202、Ba02等。常见的过氧酸有过二硫酸及其盐、过二磷酸等。有机过氧化物有过氧乙酸、过氧化苯甲酰等。
3.过氧化物都是强氧化剂,加热时放出氧气,跟稀酸反应能生成过氧化氢。
Ba02+H2S04=H202+BaS04
【定义】氢跟其它元素组成的二元化合物。例如氢化钠、硫化氢、硼烷等。
【说明】
按其结构大致可分成三种类型:
1. 离子型氢化物(又叫盐型氢化物)碱金属和碱土金属中 的钙、锶、钡能跟氢气在高温下反应、,生成离子型氢化物,如NaH、 CaH2等,其中氢以H-离子形式存在。这类氢化物都是离子晶体,熔点较高,在熔融状态下能导电。它们都有强还原性,遇水分解,生成金属氢氧化物,并放出氢气。
2. 共价型氢化物(又叫分子型氢化物)氯化氢、氨、硫化氢、 甲烷等在常温下呈气态或液态,水在常温下呈液态。这类氢化物 性质差异较大,如HX、H2S溶于水时电离而显酸性,NH3溶于水 显碱性,CH4水不发生任何作用,SiH4发生反应:SiH4 + 4H20= H4Si04 + 4H2。
3. 金属型氢化物 铍、镁、铟、钛和d区、f区金属元素的单质都能跟氢生成金属氢化物,如BeH2、MgH2、FeH2、CuH等,还 有非整数比化合物,如VH0.56、ZrH1.92、PdH0.8等。金属型氢化 物保留金属的外观特征,有金属光泽,密度比相应金属小。据最新研究,金属型氢化物在有机合成及作储氢材料方面有重要用途。 例如,1体积钯可吸收700~900体积的氢气成为金属氢化物,加热后又释放出氢气。
【定义】由一种金属跟另一种或几种金属或非金属所组成的具有金属特性的物质叫合金
【说明】【定义】由非金属元素组成的单质。非金属一般没有金属光泽,不是电和热的良导体,没有延性和展性。在通常情况下,非金属有的是固体,有的是气 体,只有溴是液体。非金属固体大多数是分子晶体,硬变小,熔点、沸点较低,但有的非金属固体属原子晶体,如金刚石、晶体硅等,它们的硬度大,熔点、沸点较 高。非金属元素的原子价电子较多,原子半径较小,在化学反应中倾向于得到电子。大多数非金属既具有氧化性,又具有还原性。金属与非金属没有严格界限,位于 周期表P区左上到右下对角线附近的元素,如硼、硅、锗、砷、锑、碲等既具有非金属的性质,又具有金属的性质,可把这些元素的单质称为准金属或半金属。
【说明】
1.非金属正好跟金属相反,一般无金属光泽,缺乏延展性,是电和热的不良导体。在通常状况下,非金属有的是固体,有的是气,只有溴是液体。非金属固体中金
刚石、晶体硅、晶体硼是原子晶体,熔点和沸点都很高:硬度也大。其他非金属固体属于分子晶体,熔点、沸点较低,硬度小。
2.非金属元素原子的价电子较多,在化学反应中倾向于得到电子,具有氧化性,容易跟金属化合。非金属元素之间相结合时,其中非金属性较弱的元素会部分失去电子,显示还原性,大多数非金属能跟氧结合成酸性氧化物。
3.非金属与金属之间没有严格的界限。例如硼、硅、锗、砷、锑、硒、碲等既有金属的性质,又有非金属的性质,有时把它们叫做半金属(也有叫做准金属)。
【定义】由金属元素组成的单质。具有金属光泽、不透明、有延性和展性、有良好的传热性和导电性的一类物质。在金属晶体中有中性原子、阳离子和自由电子,金 属具有上述性质,都与晶体中存在自由电子有关。常温下除汞外,都以固态形式存在。化学性质一般表现较强的还原性,由于金属元素原子的价电子较少,原子半径 较大,在反应中容易失去价电子成为阳离子的缘故。工业上通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。有色金属又可分成轻金属、重金属、贵金属和稀有金属等。
【分类】
1、黑色金属:通常是指铁、铬、锰和铁的合金(主要指钢铁)。在各种金属中,铁在地壳中分布较集中,储量较丰富,开采和冶炼较多,价格也较廉。铸铁和钢的品种和 规格很多,它们是工业上最广泛应用的金属材料,在国民经济中占有极重要的地位。铬与锰主要应用于制合金钢。铁、铬、锰及其合金都不是黑色的,而钢铁表面经 常覆盖着一层黑色的四氧化三铁。这样分类,主要是从钢铁在国民经济中的重要地位出发的。
2、有色金属:通常是指除铁、铬、锰和铁的合金以外的其它金属。可分为四类:(1)重金属,如铜、锌、铅、镍等。(2)轻金属,如钠、钙、镁、铝等。(3)贵金属,如金、银、铂、铱等。(4)稀有金属,如锗、铍、镧、铀等。
a、重金属:一般是指密度在4.5克/厘米3以上的金属。例如铜、锌、钴、镍、钨、钼、锑、铋、铅、锡、汞等,过渡元素大都属于重金属。也有把密度在5克/厘米3以上的金属称为重金属的。
b、轻金属:一般是指密度在4.5克/厘米3以下的金属。例如钠、钾、镁、钙、铝等。周期系中第一、二主族均为轻金属。也有把密度在5克/厘米3以下的金属称为轻金属的。
c、贵金属:通常是指金、银和铂族金属(包括钌、铑、钯、锇、铱、铂)。这些金属在地壳中含量较少,不易开采,价格较贵,所以叫贵金属。这些金属对氧和其它试剂较稳定,金和银常用来制造装饰品和硬币。
d、稀有金属:通常是指自然界中含量较少,比较分散的金属。它们难于从原料中提取,在工业上制备及应用较晚。稀有金属和普通金属没有严格界限,某些稀有金属比
铜、汞、镉等金属还多。稀有金属在现代工业中具有重要的意义,往往把黑色金属、有色金属和稀有金属并列为三大类。稀有金属根据其在地壳中的分布状况及冶炼
方法,可分为六类:(1)稀有轻金属,如锂、铷、铯、铍、钛等。(2)稀有难熔金属,如钨、钼、铌、钽、铪、钒等。(3)稀有分散金属(或称稀散金属),
如镓、铟、铊、锗等。(4)稀土金属,包括钪、钇和镧系元素。(5)稀有贵金属,指铂族元素。(6)稀有放射性金属:包括钋、钫、镭、锕、钍、镤、铀以及
从1940年以来陆续发现的十多种人造放射性元素。
【说明】
1.金属具有特殊的金属光泽(对可见光强烈反射)、富有延性和展性,是电和热的良导体等性质。
2.金属的上述特性都跟金属晶体里含有自由电子有关。在金属晶体中有中性原子、金属阳离子和自由电子。自由电子能在整个晶体中自由移动。
①当光线照射到金属表面时,自由电子吸收所有频率的可见光,然后很快发射出大部分所有频率的可见光,这就使绝大多数金属显出银白色或钢灰色的光泽。金属在
粉末状态时,晶体排列不规则,可见光吸收后难以发射出去,所以金属粉末一般呈暗灰色或黑色。少数金属如金、铝等,它们的粉末仍保持原有的颜色和光泽。
②自由电子在金属晶体里作不规则的运动,在外电场的作用下,自由电子会作定向移动,形成电流,这就是金属容易导电的原因。
⑧当金属的一部分受热时,受热部分的自由电子的能量增加,运动加剧,不断跟金属离子碰撞而交换能量,把热量从一部分传向整块金属,因而金属有良好的导热性。
④当金属受到外力作用时,金属晶体内某一层金属原子、离子跟另一层金属原子、离子发生相对滑动,由于自由电子的运动,各层间仍保持着金属键的作用力,所以金属具有良好的延展性。只有少数金属,如锑、铋、锰性质比较脆。
3.金属在通常状况下,除汞是液体外,其余都是固体。导电、导热性最好的是银,延性铂最突出,展性金最优越,密度最大的是锇(在25℃是22. 57 g/cm3),硬度铬最高,熔点最高的是钨(3410℃)。
4.金属元素原子的价电子较少,在化学反应中容易失去电子,所以金属一般表现还原性。
5.工业上常常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。有又可分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属和半金属等类别。
6.金属除铜、金、铂和铋等以游离态存在外,极大多数以化合态存在于自然界中。金属的矿物通常以氧化物或硫化物的形式存在,较少的氯化物、硫酸盐、碳酸
盐、硅酸盐等形式存在于自然界。业上常在高温下用碳、一氧化碳或氢气还原、电解水溶液或熔融盐、用活泼金属(如Al、Ca、Mg、Na)热还原等方法提炼金属。
【混和物】由几种不同的单质或化合物通过机械混和而成的物质。混和物没有固定的组成,混和物中各成分仍保持各自原有的性质,可以利用混和物中所含各成分的不同物理性质进行分离,例如空气中所含的氮气、氧气、惰性气体等可利用它们的沸点不同而分离开来。
说明
1.混合物跟化合物不一样,它没有固定的组成。混合物中各组分仍保持各自原有的性质。
2.混合物中各组分之间可以均匀地分散(如溶液)或非均匀地分散(如浊液或固体混合物),但互相不发生化学反应。由于不同组分之间相互吸引或排斥,可能影响混合物的整体特性。例如,由几种液体形成的混合物,总体积一般不等各种液体分体积的和。
3.混合物能根据它所含各组分的物理性质(如溶解度、沸点、密度、磁性等)的不同,用物理方法(如结晶、升华、蒸馏、萃取等操作)加以分离。
4.我国中学化学教材中长期把混合物写成混和物,把混合写成混和,现在已经改正。
【定义】由不同种元素组成的纯净物。化合物具有固定的组成并具有一定的性质。化合物从成分上可分为有机物和无机物两大类,从构成化合物的化学键又可分为离子化合物和共价化合物两大类。
【说明】【定义】由同种元素组成的纯净物。单质不可能再分解成两种或两种以上的不同物质。例如氧气(O2)、磷(P4)、铁(Fe)、银(Ag)等。单质和元素是两个不同的概念,元素是具有相同核电荷数的同一类原子的总称,元素以游离态存在时为单质,有些元素可以形成多种单质,例如碳元素可以形成金刚 石、石墨和无定形碳等多种单质。根据单质的不同性质,一般单质可分为金属和非金属两大类。
【定义】由一种单质或一种化合物组成的物质。
纯净物具有固定的组成、结构和性质,例如纯净的水无色透明、无味。密度是1克/毫升,熔点0℃, 沸点100℃。自然界里纯净物极少,根据生产和科学实验的要求,可按物质不同性质进行提纯。实际上绝对纯的物质是不存在的,凡含杂质的量不至于在生产和科 学实验过程中发生有害影响的物质,就当作纯净物,如作半导体材料的高纯硅,其纯度为99.999999999%,也不是完全纯净的。因此,纯净物一般是指 含杂质很少具有一定纯度的物质。
【说明】
1.纯净物都有固定的组成,可以用一定的化学式表示。纯净物不能用物理方法而只能用化学方法把各组成元素分开。
2.实际上完全纯的物质是没有的。一种物质,它所含杂质的量不至于在生产和科研中发生有害影响,这种物质可以看作纯净物。一般说的纯净物,它们的纯度有差
别。例如,化学试剂按纯度由低到高可分为工业纯、实验纯(L.R)、化学纯(C.P)、分析纯(A.R)、优级纯(G.R)和超纯等多种规格。
3.在实验中选用试剂的纯度等级过高,会因价格过高而造成不必要的浪费;选用试剂纯度等级过低,会因试剂中的杂质干扰而造成实验失败。应该根据用途不同,选用纯度相当的试剂或原料。
许多物质从水溶液中形成晶体析出时,晶体里常结合一定数目的水分子。这样的水分子叫做结晶水。如胆矾(CuSO4·5H2O)中就含有结晶水。
一般指中心原子获得电子显示氧化性的酸。如浓硫酸、硝酸、氯酸、高氯酸、高锰酸、重铬酸等,其中心原子在氧化-还原反应中容易获得电子而显示氧化性,可用作氧化剂。任何酸的水溶液中都不同程度地电离出H+,H+在一定条件下可获得电子而形成H2,这也是酸的氧化性的表现,实质上是H+的一种性质。应该与酸的中心原子获得电子所呈现的氧化性区别开来。通常把盐酸、稀硫酸等称作为非氧化性酸。
【定义】在氧化-还原反应中失去电子(或电子对偏离)的反应物。在反应中还原剂中元素的化合价(或氧化数)升高。还原剂能还原其它物质而自身在反应中被氧化。
【说明】
1、还原剂能还原其他物质而自身被氧化。它失去电子后,自身的化合价(或氧化数)升高。
2、还原剂通常是指容易失去电子的物质,常见的有:
(1)活泼金属,如钠、钾、镁、铝、铁等。
(2)具有低化合价(氧化数)的金属离子,如Fe2+、Sn2+等。
(3)非金属离子,如I-、S2-等。
(4)含有低化合价(氧化数)元素的含氧化合物,如CO、SO2、Na2SO3、Na2S2O3、NaNO2等。
3、根据还原剂失去电子的难易程度,可分为弱还原剂和强还原剂,定量地判断还原剂还原能力的大小,应根据该还原剂及其氧化产物所组成的氧化还原电对的标准电极电位E0值来确定,E0值越负,表明该还原剂的还原能力越强。
【定义】 盐是指一类金属离子或铵根离子与酸根离子或非金属离子结合的化合物。如NaCl、(NH4)2SO4、Cu2(OH)2CO3、KHCO3等。在常温时,盐一般为晶体。它们在水中的溶解性各不相同,钾盐、钠盐、硝酸盐和铵盐很容易溶解;有些盐很难溶解,如AgCl和BaSO4等。铵盐和碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、重铬酸盐、高锰酸盐等含氧酸的盐稳定性较差,受热时可以分解。大多数盐是强电解质,其水溶液或熔液能够导电。但有些盐(如HgCl2)的水溶液几乎不导电,它在水溶液中主要以分子状态存在。根据组成的不同,盐可以分为无氧酸盐、含氧酸盐、正盐、酸式盐、碱式盐、复盐、络盐等。
【说明】
1.根据组成不同,盐可以分成正盐、酸式盐、碱式盐、复盐和 络盐等。既不含可以电离的氢原子,又不含氢氧根,这种盐叫正 盐。由金属离子和含有可以电离的氢原子的酸根所组成的盐,叫 做酸式盐,如NaHC03和NaH2P04。它们分别叫碳酸氢钠和磷 酸二氢钠。除金属离子和酸根以外,还含有一个或几个氢氧根, 这种盐叫碱式盐,如:Cu2(OH)2C03、Mg(OH)Cl、(BiO)Cl 和 (BiO)2C03。它们分别叫做碱式碳酸铜、碱式氯化镁、碱式氯化 铋(或氯化氧铋)和碱式碳酸铋(或碳酸氧化铋)。上述后面的f种 物质是碱式盐失水后的产物,如Bi(OH)2Cl失水后成(BiO)Cl。
2.在常温下,盐一般是晶体。大多数盐能溶于水,如钾盐、钠 盐、铵盐、硝酸盐等。
3.有些盐受热时容易分解,如铵盐、碳酸盐、硝酸盐、重铬酸 盐和高锰酸盐。但是盐都比相应的酸稳定,例如,就稳定性说, Na2C03>NaHC03>H2C03
4.大多数盐是电解质,它们的水溶液或在熔融状态下能够导 电。有些盐(如HgCl2)由于发生离子极化作用,键性从离子键转向共价键,它们的水溶液不导电。
【苛性碱】碱金属氢氧化物的总称。一般指的是苛性钠(NaOH)和苛性钾(KOH)。由于它们对皮肤、羊毛、纸张、木材等具有强烈的腐蚀性而得名。
【碱】电解质电离时所生成的阴离子全部是氢氧根离子(OH-)的化合物。例如NaOH、Ca(OH)2、NH3·H2O等。能跟酸性氧化物或酸反应生成盐和水,碱的水溶液有涩味,可使紫色石蕊试液变蓝。根据碱的电离程度,可以分为强碱(如NaOH、Ca(OH)2)和弱碱(如NH3·H2O)。根据碱电离时产生的氢氧根离子的数目可分为一元碱(如NaOH)、二元碱(如Ca(OH)2)、多元碱(如Fe(OH)3)等。此外,根据酸碱的质子理论和电子理论,还有质子碱和路易斯碱,因而使得“碱”这个概念包括的范围极为广泛,而且又赋予它新的含义。
【说明】
1.根据碱在水溶液中的电离程度,碱分成强碱和弱碱。能全 部电离的是强碱,包括碱金属和钙、锶、钡的氢氧化物;只能部分电离的是弱碱,其他的氢氧化物都是弱碱。
【过氧酸】简称过酸。分子中含有过氧基(-O—O-)的酸。例如过硫酸H2SO5和过二硫酸H2S2O8等。过氧酸可以看成是H2O2中的氢原子被酸根取代的产物。
【酸】电解质电离时所生成的阳离子全部是氢离子(H+)的化合物。它能和碱或碱性氧化物反应生成盐和水,能与某些金属反应生成盐和氢气,水溶液有酸味并能使指示剂变色,如紫色石蕊变红。根据酸分子中可被金属原子置换的氢原子数目,可分为一元酸(如HCl)、二元酸(如H2SO4)、多元酸(如H3PO4)等。根据酸在水溶液中产生氢离子程度的大小(即电离度的大小),可分为强酸(如HCl、H2SO4、HNO3、HClO4等)和弱酸(如H2CO3、H2S等)。根据酸根的组成成分又可分为含氧酸(如H2SO4)和无氧酸(如HCl)。此外,根据酸碱的质子理论和电子理论,还有质子酸和路易斯酸等,因而使得“酸”这个概念包括的范围极为广泛,而且又赋予它新的含义。
【说明】
1. H30+(水合氢离子)是H+和H20结合而成的。在书写电离方程式时,为了简便起见,通常仍以H+代替H30+ 。
2. 根据酸在水溶液中电离度的大小,酸分为强酸和弱酸。根据酸分子中可以电离的氢原子个数,酸分为一元酸(如HNO3)、 二元酸(如H2S04)和三元酸(如H3P04)。根据酸中是否含氧,酸分为含氧酸和无氧酸。
3. 无氧酸称氢某酸。如HF叫氢氟酸,H2S叫氢硫酸。在无氧酸中,HC1、HBr和HI是强酸,其余都是弱酸。简单含氧酸 通常叫某酸,如硫酸(H2S04)、碳酸(H2CO3)。某一成酸元素如果能形成多种含氧酸,就按成酸元素的氧化数高低命名,如高氯酸 (HClO4、氯酸(HC103)、亚氯酸(HC102)、次氯酸(HClO)。两个简单含氧酸缩去一分子水而形成的酸,叫做焦酸(或称一缩某酸、重酸),例如,2H2S04 = H2S207(焦硫酸)+H20;2H2Cr04=H2Cr207(重铬酸)+H2O
酸分子中的氢氧塞数等于成酸元素的氧化数,这种酸叫原某酸,如 原磷酸[P(OH)5 即 H5PO5],原硅酸[Si(OH)4,即 H4Si04]。一个正酸分子失去一分子水而形成的酸,叫做偏某酸,如偏磷酸 (HP03)、偏硅酸(H2Si03)。含有过氧键(一0—O—)的酸叫过酸,如过一硫酸(H2SO5),过二硫酸(H2S2O8)。
4. 把含氧酸的化学式写成MOm(OH)n(M是非金属),就 能根据m值判断常见含氧酸的强弱。
m=0,极弱酸,如硼酸(H3B03)。
m=1,弱酸,如亚硫酸(H2S03)。
m=2,强酸,如硫酸(H2S04)、硝酸(HN03)。
m=3,极强酸,如高氯酸(HC104)。
5. 强酸在水溶液中完全电离;弱酸在水溶液中存在电离平衡 HA H+ + A-。
K=[H+][A-]/[HA]
电离平衡常数K随弱酸的浓度和温度不同,变化不大。
6. 定义2是根据酸碱质子理论对酸下的定义。
A H+ +B
HC1= H++Cl-
H2PO4- H+ +HPO42-
NH4+ H+ +NH3
HC1、H2SO4叫分子酸,H2P04-、NH4+叫离子酸,A和B互为共轭酸碱对。
【定义】
氧元素跟其它元素形成的二元化合物。如氧化钙、二氧化硫、一氧化氮等。氧化物可分为不成盐氧化物(如一氧化碳、一氧化氮等)和成盐氧化物 两类,后者又分为碱性氧化物(如氧化钙)、两性氧化物(如氧化铝)和酸性氧化物(如二氧化碳)。此外还有过氧化物、超氧化物、臭氧化物等。同一种元素往往 有几种不同价态的氧化物,如SO2和SO3;FeO、Fe2O3和Fe3O4等。有时氧化物的含义更广泛,不限于含氧元素的二元化合物,如多元氧化物(如NiFe2O4)和有机氧化物(如氧化乙烯C2H4O2,即环氧乙烷)等。
【分类】
1、不成盐氧化物:又称惰性氧化物或中性氧化物。是既不能跟酸起反应,又不能跟碱起反应的氧化物,如CO和NO等。
2、碱性氧化物:能跟酸起反应,生成盐和水的氧化物。金属氧化物大多数是碱性氧化物,如氧化钙、氧化铜等。碱性氧化物对应的水化物是碱,例如CaO对应的水化物是Ca(OH)2,CuO对应的水化物是Cu(OH)2等,多数碱性氧化物不能直接跟水化合,有些碱性氧化物如CaO能跟水化合生成碱。CaO+H2O=Ca(OH)2,碱性氧化物一般由金属直接氧化或难溶性碱、含氧酸盐受热分解制得。
3、两性氧化物:既能跟酸起反应生成盐和水,又能跟碱起反应生成盐和水的氧化物。例如氧化铝、氧化锌等,某些过渡元素的中间价态的氧化物,如Cr2O3和Mn2O3等也是两性氧化物。两性氧化物对应的水化物是两性氢氧化物。
4、酸性氧化物:能跟碱起反应,生成盐和水的氧化物。非金属氧化物多数是酸性氧化物,某些过渡元素的高价氧化物(如CrO3、Mn2O7等)也是酸性氧化物。酸性氧化物也叫酸酐,例如SO3叫硫酐,CO2叫碳酐。酸性氧化物对应的水化物是含氧酸,如SO3对应的水化物是H2SO4,CO2对应的水化物是H2CO3,SiO2对应的水化物是H2SiO3等。酸性氧化物多数能跟水直接化合生成含氧酸,少数酸性氧化物(如SiO2)不能直接跟水反应。酸性氧化物一般由非金属直接氧化或含氧酸、含氧酸盐受热分解制得。
【说明】
1.除了有些稀有气体以外,实际上已制得所有元素的氧化物。根据不同的标准,氧化物有以下几种分类。
(1)按酸碱性分,一般分酸性氧化物(如三氧化硫)、碱性氧化物(如氧化钠)、两性氧化物(如氧化铝)和不成盐氧化物(如一氧化氮)。
(2)按价键特征分,有离子型氧化物(如氧化钠)和共价型氧化物(如二氧化碳)。
(3)按晶体结构分,有无限三维晶格氧化物(如二氧化钛)、层状晶格氧化物(如三氧化钼)、链状晶格氧化物(如三氧化铬)和分子结构氧化物(如二氧化碳)。
2.同种元素往往有几种不同价态的氧化物,如SO2和SO3,As2O3和As2O5,FeO、Fe2O3和Fe3O4等。在Fe3O4中,Fe有两种不同的价态,一般把Fe3O4看作是FeO·Fe2O3,经x射线研究证明,它是一种铁(Ⅲ)酸盐,化学式是FeⅡFeⅢ[Fe3Ⅲ4]。
3.有人认为氧化物是指氧跟电负性比氧小的元素所形成的二元化合物。从这个观点看,OF2不属于氧化物,而属于氟化物。
4.氧化物中还有过氧化物(如过氧化钠、过氧化氢)和超氧化物(如超氧化钾KO2)。过氧化物和超氧化物都具有强氧化性。
5.有时氧化物的含义比较广泛,如NiFe2O4、YVO4、 Y3Al5O12等叫混合氧化物或多元氧化物。还有一类叫有机氧化物,如C2H4O2叫环氧乙烷或氧化乙烯、C3H6O叫环氧丙烷或氧化丙烯。
6.同周期元素的氧化物,随着原子序数的递增,碱性减弱而酸性增强。同族元素的氧化物,随着原子序数的递增,碱性增强而酸性减弱。同种元素形成不同价态的氧化物时,随着价态的递增,氧化物的酸性增强。
【金属互化物】是金属间化合物的简称。在一定条件下,金属之间相互化合而成的化合物。例如Cu3Al、CuZn3、Cu3SN、Ag3Al、FeZn7等,金属互化物的组成并不固定,可以在一定范围内变动。例如Cu5Zn8中的锌的含量可在59~67%之间变动。大多数金属互化物是以金属键相结合,故组 成元素的化合价无法确定。它是合金的一种,这类合金的传热和导电性能比组分金属低,有的具有很高电阻,通常硬而脆。
【定义】简称酐。含氧酸脱水后生成的氧化物或羧酸的分子间和分子内脱水缩合而产生的有机物,都叫做酸酐。例如三氧化硫SO3为硫酐,可看作H2SO4分子缩去一个分子水而成;五氧化二磷(P2O5)为磷酐,可看作两个H3PO4分子缩去三个水分子而成;醋(酸)酐(CH3CO)2O,可以看作由两个醋酸CH3COOH分子缩去一个分子水而成。酸性氧化物也叫酸酐,但酸酐不一定是氧化物,例如醋酐。
【说明】
1.SO3、N2O5、P2O5分别是 H2SO4、HNO3、H3PO4的酸酐,叫做硫酸酐(简称硫酐)、硝酸酐、磷酸酐。酸酐中的成酸元素跟对应水化物(即含氧酸)中的成酸元素,如SO3和H2SO4,N2O5和HNO3,它们的化合价相同。
2.通常酸酐跟水化合而生成对应的酸。
SO3+H2O =H2SO4 N2O5+H2O=2HNO3
个别酸酐不能跟水反应,如SiO2不溶于水,但H2SiO3的酸酐仍是SiO2
3.有时候酸酐跟水结合能生成几种酸,则该酸酐同时成为几种酸的酸酐。例如,P2O5跟不同数目的水分子结合,能生成偏磷酸(HPO3)、磷酸(H3PO4)和焦磷酸(H4P2O7)等。
4.大多数含氧酸的酸酐是非金属氧化物,但也有一些是金属氧化物。例如高锰酸(HMnO4)的酸酐是Mn2O7,重铬酸(H2Cr2O7)的酸酐是CrO3。
5.有机酸酐不是氧化物,例如,乙酸酐是由乙酸分子间脱水而得到的。有的有机酸酐是由分子内缩水而得到的。通常用脱水剂(如P2O5、乙酸酐)跟羧酸共热而脱水来制有机酸酐。
【无机物】是无机化合物的简称,通常指不含碳元素的化合物。但少数含碳的化合物,如一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、氰化物等也属无机物。无机物大致可以分为氧化物、碱、酸和盐四大类。
【定义】碱中的氢氧根离子部分被中和的产物,它是由金属阳离子、氢氧根离子和酸根阴离子组成的。例如碱式氯化镁[mg(OH)Cl]、碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]。
【说明】
1、Na2CO3溶液加入铜盐溶液得到绿色Cu2(OH)2CO3沉淀。自然界存在的Cu2(OH)2CO3俗称孔雀绿。
2、碱式盐的溶解度一般不大,但溶于强酸,受热的分解,例如:
Cu2(OH)2CO3==2CuO+CO2↑+H2O
【定义】酸中的氢离子部分被碱中和的产物,它是由金属阳离子(或铵根离子)和酸式酸根离子组成,例如KHSO4、NaHCO3、NH4HCO3等。
【说明】
1、大多数酸式盐的溶解度大于正盐,例如Ba(HCO3)2、Ca(H2PO4)2在水中易溶而BaCO3、Ca3(PO4)2难溶。NaHCO3在水中 的溶解度小于CO2,往饱和的Na2CO3溶液中通入足量CO2,便可析出NaHCO3晶体。
2、酸式盐的水溶液不一定显酸性。KHSO4在水中完全电离出 H+、K+、SO42-;NaHCO3溶液中,HCO3-离子既能电离产生H+,又能水解产生OH-,由于水解趋势大于电离趋势,溶液呈弱碱性;NaH2PO4溶液,水解趋势小于电离趋势,溶液呈弱酸性;
3、弱酸酸式盐有两性,既能跟酸反应,又能跟碱反应。例如:
Ca(H2PO4)2+2Ca(OH)2==Ca3(PO4)2↓+4H2O
NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2↑
4、含氧酸的酸式盐,其热稳定性一般小于正盐,大于相应的酸,例如:CaCO3> Ca(HCO3)2> H2CO3
5、常温酸式盐可由多元酸与适量的碱式盐反应生成,例如:
NaOH+CO2==NaHCO3
NaCl固+H2SO4浓==NaHSO4+HCl↑
Ca3(PO4)2+4H3PO4==3Ca(H2PO4)2
【正盐】金属阳离子(或铵离子)和酸根阴离子组成的化合物。正盐是酸跟碱完全反应(中和完全)的产物。例如,磷酸与氢氧化钠完全反应:
H3PO4+3NaOHNa3PO4+3H2O
若多元酸未被碱完全中和,则生成酸式盐:
H3PO4+NaOHNaH2PO4+H2O
H3PO4+2NaOHNa2HPO4+2H2O
多元碱未被酸完全中和,则生成碱式盐:
Mg(OH)2+HClMg(OH)Cl+H2O
由此可见,多元酸(或碱)与碱(或酸)反应生成的盐,究竟是正盐、酸式盐,还是碱式盐,取决于反应物的物质的量之间的比值。参看酸式盐、碱式盐。
【两性氢氧化物】既能跟酸反应,又能跟碱反应,分别生成盐和水的氢氧化物,例如Al(OH)3和Zn(OH)2。两性金属氢氧化物都难溶于水。Al(OH)3 溶于盐酸生成铝盐,溶于NaOH溶液生成偏铝酸盐。
Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O
氢氧化物的两性是由它既能进行酸式电离,又能进行碱式电离决定的,例如Al(OH)3在水中:
AlO2- +H+ +H2OAl(OH)3
Al3+ +3OH-
未溶的Al(OH)3与两种电离产生的离子建立动态平衡。当加入盐酸时,平衡向右移动,Al(OH)3继续溶解,发生碱式电离产生OHˉ,与盐酸中和生成AlCl3和H2O;当加入NaOH溶液时,平衡向左移动,Al(OH)3也继续溶解,发生酸式电离产生H+ 与NaOH中和生成NaAlO2和H2O。Al(OH)3是典型的两性氢氧化物,它的酸性和碱性都很弱。
两性氢氧化物表现酸性时,可写成酸的形式,例如H3AlO3、H2ZnO2。一些非金属氢氧化物以酸性为主,一般写酸的形式,例如亚砷酸(H3AsO3)。
【络合物】含有络离子的一类复杂化合物,例如冰晶石Na3[AlF6]、硫酸四氨合铜(II)[Cu(NH3)4]SO4、氢氧化二氨合银[Ag(NH3)2]OH等。上述络合物的化学式中,用方括号括起的部分叫络离子,是络合物的内界,方括号以外的部分是络合物的外界。络离子是由中心离子(或原子)和配位体以配位键结合而成。常见的中心离子是过渡元素离子如Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ag+、Hg2+等;常见的配位体有F-、Cl-、Cn-、SCN-离子和NH3·H2O等分子。它们之间容易形成络离子如[Fe(SCN)]2+、[Ag(NH3)2]+、[Cu(H2O)4]2+等。络合物的内界与外界以离子键结合,络合物溶于水时,完全电离产生络离子:[Ag(NH3)2]OH[Ag(NH3)2]++2OH-
络离子比较稳定,在水溶液中部分电离。
[Ag(NH3)2]+Ag++2NH3
络合物普遍存在。例如人体中的血红素是Fe3+的络合物,植物体内的叶绿素是Mg2+的络合物。络合物广泛应用于工农业生产和科学技术,例如金的提取、电镀、照相技术,离子的鉴定和测定等。络合物,现称为配位化合物,简称配合物。
【同素异形体】(亦称同素异性体)同种元素组成的不同单质,例如石墨和金刚石、氧气和臭氧、白磷和红磷等。同素异形体的分子组成或晶体结构不同,它们的物理性质和化学性质有明显的区别,
例如金刚石是由碳原子以共价键连接形成的正四面体空间网状结构的原子晶体;石墨是一种层状结构的过渡型晶体,层内碳 原子以共价键结合形成正六边形网状结构,层与层之间距离较大,相当于分子间力的作用。金刚石是硬度最大的物质,不能导电;而石墨的硬度较小,层之间可以相 对滑动,导电性好,化学性质较金刚石活泼。
又如白磷和红磷,白磷是由正四面体结构的分子(P4)组成,为白色腊状固体,有剧毒,易溶于CS2,着火点低(40℃),在空气中可自燃;红磷是较复杂的层状晶体,红色粉末,无毒,不溶于CS2,着火点240℃。隔绝空气加热温度升至260℃时,白磷转变成红磷,红磷受热在416℃时先升华,蒸气冷却又变为白磷。
O2和O3的分子组成不同,O3是较O2更活泼的氧化剂。
【氯化铝】化学式AlCl3,式量133.34。无色透明晶体或白色而微带浅黄色的结晶性粉末。密度2.44克/厘米3,熔点190℃(2.5大气压),在常压下177.8℃升华,沸点182.7℃。氯化铝的蒸气或溶于非极性溶剂中或处于熔融状态时,都以共价的二聚分子Al2Cl6形式存在。在空气中极易吸收水分并部分水解放出氯化氢而形成酸雾。易溶于水并强烈水解,溶液显酸性。也溶于乙醇和乙醚,同时放出大量的热。六水合氯化铝为无色斜方晶体,密度 2.398克/厘米3,100℃时分解。用做有机合成和石油工业的催化剂、染料的中间体,还用于处理润滑油,制造葸醌、丁基橡胶和烃类树脂。金属铝跟氯气反应或无水氯化氢跟熔融铝反应均可制得。
银白色有光泽金属,质轻,有良好的延展性和传热导电性,熔点660.5℃,沸点2467℃,硬度2~2.9,密度2.7克/厘米3。丰度(质量%)8.05%,在地壳中居第三位。
铝是化学性质较活泼的金属。常温下在空气中金属表面发生缓慢氧化生成一薄层致密氧化物膜,阻止氧气、水继续跟铝反应,但可透过光线,这层膜对铝起保护作用,因此铝有一定抗锈蚀能力。若去掉这层氧化膜,并使铝跟汞形成铝汞齐,则很易被空气中氧气氧化,也能跟水剧烈反应放出氢气生成氢氧化铝。铝在加热时可在氧气中燃烧生成氧化铝发强白光并放出大量的热。由于铝跟氧有较强的亲合力,因此铝有强还原性,冶金工业上用做还原剂,冶炼高熔点金属如镍、铬、锰、钒等,铝粉跟上述金属氧化物粉末的混合物叫铝热剂。用铝还原金属的方法,称为铝热还原法。铝也用做炼钢中的脱氧剂。加热时铝可跟卤素、氮气、磷、硫、碳等化合。高纯铝不跟一般酸反应,只溶于王水。一般铝可溶于盐酸、稀硫酸并放出氢气。常温时在浓硫酸或浓硝酸中发生钝化,因此,可用铝容器储运这些浓酸。铝可跟热硫酸反应放出二氧化硫:
铝可溶于强碱溶液中生成偏铝酸盐并放出氢气。
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
纯铝可用于制电线、电缆。铝大量用于制合金、电器设备、建筑设备、机械、化工设备:汽车、飞机、宇航飞行器、日用器皿等。铝粉(俗称“银粉”)用于配制油漆、烟火等。铝在自然界主要以铝硅酸盐的形式存在,如长石、云母、高岭土等。铝矿石主要有铝土矿(Al2O3·nH2O)和冰晶石(Na3AlF6)。1827年德国化学家维勒把无水氯化铝跟钾放在铂坩埚里密闭加热得到粉末状铝。工业上用电解氧化铝跟冰晶石的熔融混合物制得铝。
【灰口铁】生铁中的一种。含碳量约3%,含硅约2%。灰口铁中碳以片状石墨状态存在。断面呈深灰色。质较软,可进行切削加工。热时容易流动,铸造性能好。较耐磨。强度及延展性差。主要用于铸造。
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灰口铁 |
【白口铁】生铁中的一种。含碳量约2.5%,硅在1%以下。白口铁中的碳以碳化铁Fe3C存在。断面呈白色,质硬且脆,不易进行机械加工。主要用炼钢。
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白口铁 |
【生铁】 铁碳合金。一般把含碳量在2~4.3%的铁碳合金叫做生铁。在高炉冶炼过程中,常将铁矿石和焦炭中的硫、磷、硅等带入生铁内。因而使生铁有脆性。生铁产量的90%用于炼钢,10%用于铸造。
【生铁冶炼】
生铁主要是用高炉冶炼的。生铁是铁元素与碳元素的合金,熔点1100~1200℃,含碳量一般为1.7~4.3%,此外尚有少量硅、锰、硫、磷等杂质。熔化的生铁流动性好,适宜铸造,但质硬而脆,不便轧制和焊接。经过熔化冶炼后,含碳量低于1.7%的铁碳合金,叫做钢,具有韧性,易于压力加工。未加熔化炼制的,含碳更低、含杂质较多的就是熟铁。高炉炼铁的任务是把铁矿石炼成生铁。铁矿石在高炉中经过还原作用(排除氧化铁中的氧)、造渣作用(将铁与杂石分开)、渗碳作用(铁吸收碳素)等一系列复杂变化,形成铁水和炉渣。铁水可以直接用来炼钢或铸成铁锭(或铸件);炉渣可以作为水泥、渣砖等的原料。从高炉炉顶放出的高炉煤气(主要含一氧化碳、二氧化碳和氮气、灰尘和某些有害气体)经过净化处理,可作为气体燃料。
炼铁的主要原料是铁矿石(含铁低于45%的矿石,须经过选矿和烧结,才能入高炉冶炼)、焦炭(固定碳含量在80~90%,灰分一般在10~20%,且须强度好)、石灰石(氧化钙含量高,二氧化硅及氧化铝含量低,硫磷含量低,块度适宜)和空气(经过热风炉变成热风再鼓入高炉内,见图)。高炉内的化学反应,自下(炉腹部位)而上(经过炉腰到炉身)主要是:
C+O2CO
CO2+C2CO
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
CaCO3CaO+CO2↑
CaO+SiO2CaSiO3
在冶炼过程中,混在铁矿石里的锰、硅、硫、磷等元素也会被还原出来。少量的碳、锰、硅、硫、磷等在高温下熔合在铁里,成为生铁。
【铁锈】铁和铁基合金在含有二氧化碳的潮湿空气中受腐蚀生成的红褐色疏松多孔物质。是一种成分不定的混和物,主要成分有氧化铁、水合氧化铁(Fe2O3·xH2O)、水合氧化亚铁等。不溶于水,可溶于酸。
【氢氧化亚铁】 化学式Fe(OH)2,式量89.866。白色固体,难溶于水。密度3.4克/厘米3。受热易分解。溶于酸,不溶于碱。易被氧化。用碱溶液跟亚铁盐溶液反应可制得。但不易制得纯物,因Fe(OH)2在空气中迅速被氧化,变成灰绿色最后变成棕红色的Fe(OH)3。
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氢氧化亚铁制备 |
【氢氧化铁】化学式Fe(OH)3,式量106.87。红棕色无定形粉末,密度3.44~3.6克/厘米3。不溶于水。加热时分解成氧化铁和水。略具两性,碱性强于酸性。新制的易溶于酸,稍加放置后则难溶。新制的能溶于强碱溶液生成铁酸盐。用作颜料、药物和砷的解毒剂。由铁盐溶液跟氨水反应制得。
【氧化铁】通常指三氧化二铁,化学式Fe2O3,式量159.69,棕红色粉末,俗称铁红。密度5.24克/厘米3,熔点1565℃。不溶于水,不与水反应。跟酸反应,生成铁盐。在高温下可被氢气、一氧化碳等还原成铁。用作颜料、抛光剂、催化剂等。灼烧硫酸亚铁或氢氧化铁制得。
【四氧化三铁】化学式Fe3O4,式量231.54。铁在四氧化三铁中有两种化合价,经研究证明了Fe3O4是一种铁(Ⅲ)酸盐,即FeⅡFeⅢ[FeⅢO4]。黑色晶体,密度5.18克/厘米3。有磁性,故又称磁性氧化铁。潮湿状态的四氧化三铁在空气中容易氧化成三氧化二铁。不溶于水,溶于酸。用作颜料和抛光剂。磁性氧化铁用于制录音磁带和电讯器材。用红热铁跟水蒸气反应制得。
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纳米四氧化三铁 |
【氧化亚铁】化学式FeO,式量71.85。黑色粉末,密度5.7克/厘米3。不稳定,在空气中加热时迅速被氧化成四氧化三铁,溶于盐酸、稀硫酸生成亚铁盐。不溶于水,不与水反应。在隔绝空气条件下加热草酸亚铁制得:FeC2O4=FeO+CO+CO2
【氧化铝】化学式Al2O3,俗名矾土,白色晶体粉末,不溶于水。它有几种晶型,常见的有α型和γ型,它们的理化性质不同。α-Al2O3的熔点为2018℃,沸点为2980℃,密度为3.97克/厘米3 ,性质稳定,不溶于酸,也不易跟别的物质发生化学反应。由于它的熔点很高,可以用来做耐火材料,制造耐火坩埚、管材等。它的硬度也很高,仅次于金刚石和金刚砂(碳化硅),可用来制造钻头、轴承、砂轮等。天然产生的α-A12O3叫做刚玉,是无色晶体。有的刚玉含有少量杂质,因而呈现不同的颜色。含有微量Cr3+ 的呈红色,称红宝石;含有Fe2+ 、Fe3+ 和Ti4+ 的呈蓝色,称蓝宝石。用熔融氧化铝人工结晶的方法可以制造人造宝石,其性能不次于天然宝石。宝石可用做精密仪器和手表的轴承和装饰品。γ—Al2O3能溶于酸和碱,生成铝盐和偏铝酸盐:
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
γ-Al2O3硬度小,质轻,具有很大的表面积,1克γ-Al2O3表面积为200~400米2 ,比同质量的活性炭表面积大2~4倍,具有很强的吸附能力和催化活性,所以又叫做活性氧化铝,广泛用做吸附剂、催化剂或催化剂的载体。氧化铝是冶炼铝的原料。纯度99.99%的高纯氧化铝作为精细陶瓷,用做集成电路底板、机械耐热陶瓷、录音磁带的填充料,并可制人工骨骼和拉成单晶用于激光技术中。氧化铝纤维可作为增强纤维加在金属、塑料、橡胶或陶瓷中,其强度高于玻璃纤维而与碳纤维相当,在耐热性和电绝缘性方面还优于碳纤维。
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氧化铝坩埚 |
【钢】指含碳量小于2%的铁碳合金。根据成分不同,又可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用途不同,又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
【炼 钢】根据所炼钢种的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围,并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程。简单地说,是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程。这一过程基本上是一个氧化过程,是用不同来源的氧(如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素。化学反应主要是:
2FeO+Si2Fe+SiO2
FeO+MnFe+MnO
反应生成的一氧化碳很容易从铁水排至炉气中而被除掉。生成的二氧化硅、氧化锰、氧化亚铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上。生铁中硫、磷这两种元素在一般情况下对钢是有害的,在炼钢过程中必须尽可能除去。在炼钢炉中加入石灰(CaO),可以去除硫、磷:
2P+5FeO+3CaO5Fe+Ca2(PO4)2(入渣)
在使碳等元素降到规定范围后,钢水中仍含有大量的氧,是有害的杂质,使钢塑性变坏,轧制时易产生裂纹。故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等),以除去钢液中多余的氧:
Mn+FeOMnO+Fe
Si+2FeOSiO2+2Fe
Al+3FeOAl2O3+3Fe
同时调整好钢液的成分和温度,达到要求可出钢,把钢水铸成钢锭。
炼钢的方法主要有转炉、电炉和平炉三种。平炉炼钢的主要特点是可搭用较多的废钢(可搭用钢铁料的20~50%的废钢),原料适应性强,但冶炼时间多。我国目前主要采用平炉炼钢。转炉炼钢广泛采用氧气顶吹转炉(见图),生产速度快(1座300吨的转炉吹炼时间不到20分钟,包括辅助时间不超过1小时,而300吨平炉炼1炉钢要7个小时),品种多、质量好,可炼普通钢,也可炼合金钢。电炉炼钢是用电能作热源进行冶炼。可以炼制化学工业需要的不锈耐酸钢,电子工业需要的高牌号硅钢、纯铁,航空工业需要的滚珠钢、耐热钢,机械工业用轴承钢、高速切削工具钢,仪表工业需要的精密合金等。
【镁】镁是第三周期ⅡA族元素,最外层电子是3s2,容易失去,因此它是比较活泼的金属元素,能跟非金属和酸等起作用。常温下镁在空气中极易氧化,生成一层致密的氧化膜,它能阻止镁继续氧化。在高温下,镁在空气中会发生燃烧,产生大量的热,放出眩目的白光,生成MgO和Mg3N2:
2Mg+O22MgO
3Mg+N2Mg3N2
根据镁的这个性质,可以用镁制造照明弹和焰火。由于镁的表面常有一层保护膜,所以在常温下镁不与水起作用,但如将水加热至沸腾,则能缓慢地起作用;将镁置于高温的水蒸气中,能够迅速地反应,生成MgO和H2。
Mg+H2OMgO+H2↑
镁跟酸能迅速地反应,生成镁盐和放出H2。
Mg+2HClMgCl2+H2↑
镁具有强的还原性,在高温下能夺取许多氧化物或卤化物的氧或卤素:
2Mg+CO22MgO+C
TiCl4+2MgTi+2MgCl2
因此,它可以作为还原剂应用于某些稀有金属的冶炼。
【定义】由两种或几种不同的单质或化合物机械混合而成的物质,叫做混合物。
【说明】【定义】冶金工业上习惯把铁、铬、锰以及它们的合金(主要指合金钢 及钢铁)叫做黑色金属。实际上纯净的铁与铬都是银白色的,而锰是银灰色的。之所以把它们叫做黑色金属,是因为钢铁表面常覆 盖一层黑色的四氧化三铁,而锰和铬又主要应用于冶炼合金钢,所 以人们把铁、铬、锰以及它们的合金叫做黑色金属。另外,人们专门把这三种金属及其合金归成一类,而把其余所 有的金属及合金归成有色金属,这是因为钢铁在国民经济中占有极其重要的地位,是衡量一个国家国力的重要标志之一;它的产量 约占世界上金属总产量的95%。铬是所有金属中最硬的,又是难腐蚀的金属。人们常把铬接 进钢里,制成又硬又耐腐蚀的铬钢。铬钢是建造机械、枪炮筒、坦克和装甲、车等的好材料。在炼钢时掺人12%以上的铬,再掺进一定量的镍,可以炼成不锈钢。铬还是电镀时(俗称克罗米)的必用金属。在炼钢时掺人约13%的锰,可炼出坚硬、强軔的锰钢。人们用锰钢制造钢磨、滚珠轴承、推土机与掘土机的铲斗等易磨损部件。高锰钢还用来制造钢盔、坦克钢甲和穿甲弹的弹头等。近年来,大洋底下的锰结核引起人们的广泛兴趣。锰结核中 含锰高达50%,铁为27%。据估计,太平洋底约有1000亿吨猛结 核。我国是世界上取得锰结核开采资格的国家之一。新中国成立以后,我国的钢铁工业得到了飞速的发展,到 1993年为止我国的钢产量已超过8868万吨,是新中国成立以前 最高年产量(1943年90万吨)的近89倍,年产量已跃居为世界第二位。
【有色金属】除黑色金属以外的所有金属叫做有色金属。有色金属及其合金是现代材料的重要组成部分,它跟能源、信息技术关系密切,是发展国民经济,实现四个现代化必不可少的基础材料。据估计, 铜、铝、铅、锌、镍、锡、金和银8种有色金属的世界年产量仅为钢产量的5%,而其产值达到钢昀50%。
在冶金工业中,通常按密度的大小、矿物原料的富集程度以及 用途和价格,把有色金属分成轻金属、重金属、贵金属、半金属和稀有金属5大类。【重金属】它一般指密度大于4.5 g/cm3的金属,包括铜、铅、锌、镍、钴、 锡、锑、汞、镉、铋。如果把金属分成铁和非铁金属两大类,锰、铬也可归人重金属。
按冶金工业的有色金属分类法,密度大于4.5g/cm3的金属并不都归入重金属,如金、银、铂等归人贵金属,钨、钼、铌等归人稀有金属。【轻金属】它一般指密度小于4.5 g/cm3的金属,包括铝、镁、钠、钾、钙、 锶、钡。按冶金工业中有色金属的分类法,密度小于4.5 g/cm3的金属并不都归入轻金属,如锂、铷、铯、铍归入稀有金属(分属稀有轻金属),钛归入稀有金属中的难熔金属。
【贵金属】贵金属是有色金属中的一类,包括金、银和铂族金属(钼、钌、 铑、钯、锇、铱)共8种。这些金属在地壳里的丰度低,分布稀散,彼此互溶共生,富集、分离和提纯都较困难,价格较贵,所以得名为贵金属。
大量的银从冶炼铜、铅、锌的阳极泥中回收,金和铂族金属主 要从处理砂矿和矿脉中获得。我国的铂族金属主要从铜、镍、硫化共生矿中回收获得。
金、银常用来制造装饰品和钱币。从19世纪末开始,贵金属和贵金属合金应用于工业和科学研究,现广泛用于航空、航天、原子能、化工、电子工业、冶金工业等部门。【稀有金属】稀有金属通常指在地壳中含量较少或分布稀散的金属。它们 难以从原料中经济地提取,制取和使用得很少,因此得名为稀有金 属。近半个世纪以来,稀有金属的研究、生产和应用迅速发展,有 些稀有金属已经不“稀”,如钛在现代技术中的应用日益广泛、产量增多,所以有人也把它列人轻金属。
我国稀有金属资源丰富,例如,钨、钛、稀土、钒、锆、钽、铌、锂、 铍等已探明的储量都居于世界前列。我国内蒙的包头市境内稀土 储量占全国的97%,占世界储量的77%,是闻名世界的“稀土之 都”。包头稀土高新技术产业是国家级的,预计到本世纪末将成为全球最大的稀土工业之城。【不成盐氧化物】不能跟酸起反应,又不能跟碱起反应而生成盐和水,这类氧化 物叫做不成盐氧化物。例如,NO、CO属于不成盐氧化物。一氧化碳能跟氢氧化钠起反应,生成甲酸的钠盐。
CO+NaOH→HCOONa,但是在生成盐时没有生成水,所以一氧化碳仍属于不成盐氧化物。【定义】能跟碱起反应而生成盐和水,这种氧化物叫做酸性氧化物。
【说明】【定义】能跟酸起反应,生成盐和水,这种氧化物叫碱性氧化物。
【说明】【定义】能跟酸反应生成盐和水,又能跟碱反应生成盐和水,这种氧化物叫做两性氧化物。
【说明】【定义】由一定数量的配体(阴离子或分子)通过配位键结合于中心离子(或中性原子)周围而形成的跟原来组分性质不同的分子 或离子,叫做配合物。
【说明】【定义】
1. 它是带电的原子或原子团。
2. 它是由原子(包括原子团)或分子失去或得到电子后形成 的带电粒子。
【说明】
1. 原子失去电子后带正电荷,变成阳离子(或正离子);得到电子后带负电荷,变成阴离子(或负离子)。带电的原子团如高锰 酸根离子(Mn04-)、铜氨络离子{[Cu(NH3)2+}等,后者用定义2就难以说明。
2. 简单离子有三个重要特征,它们对离子的性质有决定性的影响。
(1) 离子电荷 简单离子所带的电荷数,就是该元素的化合价。例如,Fe-2e-→Fe2+ , Fe2+带2个单位正电荷,铁的化合价是+ 2。Fe2+有还原性,而Fe3+有氧化性。
(2) 离子半径 测定离子化合物的核间距,可以算出离子的半径,如rI-=216pm, rBr-=195pm。I-和Br-有相同的最外电子层结构,但因rI->rBr- ,I—容易失去电子,表现较强的还原性。
(3) 离子的电子层结构 离子的电子层结构有惰性气体构型 [如Na+ (2s22p6), F-(2s22p6) ]、18电子构型[如Zn2+ (3s23p6Sd10)、 Ag+ (4s24p64d10)]和不饱和构型[如 Pb2+ (6s2)、Fe2+ (3s23p63d6)] 三类
3. 离子一般存在于电解质溶液和离子化合物的熔融状态中。 在电弧、火焰或气体放电管中也能发现有简单离子或简单分子的离子。例如,在放电管或阴极射线中可以证明有H2+
【定义】含有结晶水的固体物质,叫做水合物(曾用名:结晶水合物)。
【说明】
1. 结晶水合物中的水分子是以确定量存在的,如FeCl3•6H20、FeS04•7H20、Ba(OH)2•8H20 和 ZnS04•7 H20等。 因此,结晶水合物是纯净物。
2. 水合物中的水分子有各种结合方式。一种是作为配位体, 配位在金属离子上,叫配位结晶水。另一种结合在阴离子上,叫阴离子结晶水。例如,CuSO4•5H20加热到113°C,只失去4分子水,加热到258°C才能脱去最后1分子水。由此推断,它的结构是 [Cu(H2O)4]2+ [SO4(H2O)]2- 。
【铁氰化钾】俗名赤血盐, 化学式K3[Fe(CN)6], 式量329.25, 深红色晶体或黄色粉末, 有毒。密度1.85克/厘米3 , 溶于水, 不溶于乙醇。见光或在水溶液中都不稳定, 加热时分解。在碱性介质中是强氧化剂。铁氰化钾跟稀硫酸混合加热时即分解放出剧毒的氢氰酸。和浓硫酸作用时放出一氧化碳。跟亚铁盐溶液反应时可生成蓝色沉淀。用于印染、电镀、制革工业, 也用于制颜料、晒蓝图等。还用于测定锌的试剂、无机络合物的合成、影片洗印等方面。将氯气通入亚铁氰化钾溶液中可制得本品。 【制备】
FeSO4 + 2KCNFe(CN)2 + K2SO4
Fe(CN)2 + 4KCNK4[Fe(CN)6]
从溶液中析出来的黄色晶体是K4[Fe(CN)6]·6H2O,叫六氰合铁(Ⅱ)酸钾或亚铁氰化钾,俗称黄血盐。[Fe(CN)6]4- 离子在水溶液中相当稳定,几乎检验不出有Fe2+ 离子的存在。
在黄血盐溶液中通入氯气(或用其它氧化剂),可把Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ),得到六氰合铁(Ⅲ)酸钾(或铁氰化钾)K3[Fe(CN)6]
2K4[Fe(CN)6] + Cl22KCl + 2K3[Fe(CN)6]
它的晶体为深红色,俗称赤血盐。
人们早就知道Fe3+ 离子和[Fe(CN)6]4- 离子能形成蓝色沉淀,称普鲁士蓝(Prussian blue),Fe2+ 离子和[Fe(CN)6]3- 离子能生成滕氏蓝沉淀(Turnbull's blue)。实验证明两者是相同的物质,都是六氰合亚铁酸铁(Ⅲ)。
【高分子溶液】高分子化合物溶于适当的溶剂中可形成高分子溶液。高分子溶液具有双重性质, 一方面由于这种分散相微粒大小与溶胶粒子相近, 表现出溶胶的某些特性;另一方面高分子溶液是分子分散体系, 又有某些真溶液的特点。
高分子溶液和胶体溶液有许多不同之处:
(1)高分子溶液是单相体系, 胶体是多相体系。
(2)高分子溶液分散相极易溶剂化, 这是因为高分子化合物组成中, 常含有大量亲水基团, 如—OH、-COOH、-NH2等, 而胶体微粒的溶剂化能力比高分子化合物弱得多。
(3)高分子溶液中分散相微粒一般不带电荷, 胶体微粒则是带电的, 高分子溶液的稳定性是它的高度溶剂化起了决定性作用。
(4)高分子化合物溶解的过程就是溶剂化过程, 当用蒸发的方法除去溶剂后再加入溶剂仍能自动溶解, 它的溶解过程是可逆的, 而胶体中的胶粒一旦凝聚, 一般很难或者不能用简单加入溶剂的方法使之复原。高分子溶液还有一项与真溶液和溶胶都不同的特性, 就是有较大的粘度。