第六章(無機化合物)

第六章

無機化合物本節(jié)要點

氧化物和鹵化物的性質(zhì)無機材料基礎(chǔ)

已發(fā)現(xiàn)的非金屬元素共16種，位于周期表的右上角。

非金屬元素的價電子結(jié)構(gòu)：ns2np1~5(位于p區(qū)）

在化合物中常表現(xiàn)負價，容易形成單原子負離子或多原子負離子，如：Cl-,O2-,NO3-等非金屬元素概論納米半導(dǎo)體材料太陽電池材料光子帶隙材料硅單晶材料分子篩碳-碳復(fù)合材料高能燃料人造金剛石層間為分子間力C(金剛石)—原子晶體C60(球烯)—分子晶體C

(石墨)—過渡型晶體富勒烯中以C60最穩(wěn)定，其籠狀結(jié)構(gòu)酷似足球，相當(dāng)于一個由二十面體截頂而得的三十二面體.32個面中包括12個五邊形面和20個六邊形面，每個五邊形均與5個六邊形共邊，而六邊形則將12個五邊形彼此隔開.C60分子中每個C原子成鍵與石墨相似.6.1氧化物和鹵化物的性質(zhì)6.1.1氧化物和鹵化物的物理性1、鹵化物的熔點、沸點IA族與IIA族元素氯化物熔點變化規(guī)律相反。

IA族氯化物熔點變化規(guī)律：隨式量增大而減小(LiCl

除外)IIA族氯化物熔點變化規(guī)律：隨式量增大而增大過渡元素及P區(qū)金屬氯化物熔點較低，同一元素的低價態(tài)比高價態(tài)熔點高化學(xué)鍵或分子間作用力強弱決定熔沸點高低為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象-----？？？以離子極化理論解釋一般：原子晶體＞離子晶體＞分子晶體，金屬晶體的熔沸點變化很大（如鎢、汞）

對于原子晶體，成鍵原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越強，原子晶體的熔沸點越高

對于離子晶體，離子電荷數(shù)大小（主要因素）和離子半徑的大小決定離子鍵的強弱決定熔沸點的高低。離子鍵隨著離子電荷數(shù)的增大、離子半徑的減小兒增強

對于分子晶體，范德華力越強，熔沸點越高。

1.組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，一般相對分子質(zhì)量越大，分子間作用里越強，分子晶體的熔沸點越高。

2.對于相對質(zhì)量相同的分子，如同分異構(gòu)體，一般地，支鏈數(shù)越多，沸點越低，分子越對稱，則熔點越高。注意：并非外界條件對物質(zhì)熔沸點的影響總是一致的。熔點常與晶體空間結(jié)構(gòu)的對稱性有關(guān)

3.若分子間有氫鍵，則分子間作用力比結(jié)構(gòu)相似的其他同類晶體強，故熔沸點相對高）

對于金屬晶體，離子電荷數(shù)大?。ㄖ饕蛩兀┖碗x子半徑大小決定金屬鍵的強弱決定熔沸點高低。一般地，金屬鍵隨著金屬陽離子電荷數(shù)的增大、離子半徑電減小而增強在外電場作用下，離子中的原子核與電子發(fā)生相對位移，離子變形產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過程。＋-＋--＋2、離子極化理論及其應(yīng)用＋－-＋－＋(a)不在電場中的離子(b)在電場中的離子(c)兩個離子的相互極化＋-＋-1）.離子極化：離子極化結(jié)果：兩離子電子云變形，軌道相互重疊離子鍵向共價鍵過渡離子相互極化作用增強，鍵極性減小2）離子極化影響因素：離子極化作用的大小決定于離子的極化力和變形性。極化作用----離子使異號離子極化而變形的作用變形性用----被異號離子極化而發(fā)生離子電子云變形的性能。離子有二重性：變形性和極化能力異號離子之間都可以使對方極化，但因陽離子具有多余的正電荷，半徑較小，在外殼上缺少電子，它對相鄰的陰離子起誘導(dǎo)作用顯著，即極化作用；陰離子則因半徑較大，在外殼上有較多的電子容易變形，容易被誘導(dǎo)產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。所以，對陽離子來說，極化作用應(yīng)占主要地位，而對陰離子來說，變形性應(yīng)占主要地位。2.離子極化力：3.離子變形性：離子使其它離子極化而發(fā)生變形的能力影響離子極化力因素｛(1)離子電荷Z：(2)離子半徑r：(3)離子外層電子構(gòu)型：Z↗，極化力↗。r↘，極化力↗。8電子構(gòu)型：極化力弱9-18電子構(gòu)型：極化力強離子可以被極化的程度影響變形性因素｛(1)離子電荷Z：(2)離子半徑r：(3)離子外層電子構(gòu)型：Z(代數(shù)值)↗，變形性↘

r↗

，變形性↗。8電子構(gòu)型：變形性小9-18電子構(gòu)型：變形性大以正離子為主以負離子為主離子間的極化作用很強時，會導(dǎo)致正負離子的電子云產(chǎn)生較大變形，甚至發(fā)生電子云的相互重疊，此時離子鍵轉(zhuǎn)變成了共價鍵。相應(yīng)的晶體由離子晶體轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝钸^渡型晶體，最后轉(zhuǎn)變?yōu)楣矁r性分子晶體。鍵長＝正負離子半徑和鍵長＜正負離子半徑和離子鍵共價鍵原子半徑變化規(guī)律的形象表示Li157Be112Mg160Na191Ca197K235Rb250Sr215Ba224Cs272極化力：IA族離子<

IIA族離子IIA族離子：上→下，離子鍵增強。極化力起主要作用IA族離子：上→下，離子鍵減弱。r起主要作用。熔沸點規(guī)律：原子晶體＞離子晶體＞分子晶體離子晶體極化力變大大，離子的離子鍵逐步向共價鍵轉(zhuǎn)變，熔點逐步邊小4.離子極化理論的應(yīng)用3.鹵化物的應(yīng)用（1）根據(jù)高熔點沸點：NaCl、KCl、BaCL作為高溫加熱介質(zhì)—鹽浴

NaCl--熔點：801℃沸點：1413℃（2）作為紅外光譜吸收儀的光學(xué)元件（3）特殊光學(xué)材料---如紅外分光光度計的窗口、棱鏡再如：碘鎢燈具有亮度高，壽命長的特點碘鎢燈的原理類似于白熾燈，只是它里面充入碘蒸氣，碘蒸氣有個性質(zhì)，就是在低溫（相對的）與鎢化合，在高溫與其分解，這樣，就把位于燈管其他部分的，已經(jīng)升華走的鎢化合掉，再在燈絲上分解，這樣就讓燈絲不會因為高溫而快速燒毀。白熾燈的平均使用壽命是1000個小時，碘鎢燈要比它長一半，發(fā)光效率提高30%6.3.2氧化物的熔點、沸點、硬度一、活潑金屬氧化物(典型離子型)較高，金屬氧化物(過渡型—偏離子型)和非金屬型氧化物略低BaO、CaO、SrO、MgO—熔點高NiO、FeO、CuO、CoO、ZnO

、MnO

—熔點略低二、同一金屬氧化物熔、沸點高于其氯化物三、大多非金屬氧化物為分子晶體，熔、沸點低四、原子晶體(SiO2)及某些過渡型晶體硬度較高：Cr2O3>Al2O3>SiO2>MgO>TiO2>Fe2O36.2.1氧化物鹵化物的化學(xué)性1、氧化還原性：一、高錳酸鉀：MnO4–(aq)+8H+(aq)+5e–=Mn2+(aq)+4H2O(l)（肉色）MnO4–(aq)+2H2O(l)+3e–=MnO2(s)+4OH–(aq)（棕褐色沉淀）1.酸性：2.中性：3.堿性：KMnO4高錳酸鉀是暗紫色晶體,常用強氧化劑。氧化能力隨介質(zhì)的酸度的減弱而減弱，還原產(chǎn)物也不同。MnO4–(aq)+e–=MnO42-(aq)（綠色）高錳酸鉀，又叫過錳酸鉀，俗稱灰錳氧、PP粉作用消毒、洗胃藥物、凈化水、防治蔬菜病害、生火

2MnO4–+6H++5SO32–=2Mn2++5SO42–+3H2O2MnO4–+6H++5H2O2=2Mn2++8H2O+5O2

2MnO4–+H2O+3SO32–=2MnO2(s)+3SO42–+2OH–2MnO4–+H2O+3H2O2=2MnO2(s)+2OH–+3O2

+H2O2MnO4–+2OH–+SO32–=2MnO42–+SO42–+H2O2MnO4–+2OH–+H2O2=2MnO42–+O2

+2H2O酸性條件：中性條件：堿性條件：二、重鉻酸鉀：KCr2O72-Cr2O72–(aq)+14H+(aq)+6e–=2Cr3+(aq)+7H2O(l)可將較強的還原劑(如Fe2+、NO22–、SO32–、H2S等)氧化Cr2O72–+14H++6Fe2+=2Cr3++6Fe3++7H2O2Cr2O72–+16H++3C2H5OH=4Cr3++3CH3COOH+11H2O用于測定鐵礦石中鐵含量用于快速檢測駕駛員是否酒后駕車Cr2O72–與CrO42–存在如下平衡：K?=1.2×1014橙色黃色2CrO42–(aq)+2H+(aq)Cr2O72–(aq)+H2O(l)

六價鉻毒性大于三價鉻。鉻還是一種致敏源，六價鉻有刺激性和腐蝕性，鉻是一種致癌物。作用：實驗室洗滌2、氧化物及其水合物的酸堿性1.氧化物及其水合物分類：(1)酸性氧化物：(2)堿性氧化物：(3)兩性氧化物：(4)不成鹽氧化物：非金屬氧化物如：SO2、NO2、CO2強金屬氧化物如K2O、BaO、CaO、Na2O兩性金屬氧化物如：Al2O3、ZnO、SnO

、SnO2、Sb2O3、Cr2O3水不溶性非金屬氧化物如CO、NO酸性水合物：如：H2SO3、H2CO3堿性水合物：KOH、NaOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2兩性水合物：兩性R(OH)x水合物：Al(OH)3H3AlO3HAlO2+H2O6.3無機材料基礎(chǔ)

材料：可以用來制造有用的構(gòu)件、器件或物品等的物質(zhì)。按組成分類：無機非金屬材料：傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料

金屬材料有機材料和復(fù)合材料：塑料、合成橡膠、合成纖維

水泥、玻璃、陶瓷

高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維Fe、Cu、Al、合金等結(jié)構(gòu)材料：以強度為特征，如建筑、構(gòu)件功能材料：以光、電、磁、熱等性能為特征的材料按用途分金屬材料的優(yōu)點：良好的導(dǎo)電、傳熱性、高的機械強度，較為廣泛的溫度使用范圍，良好的機械加工性能等。金屬材料的缺點：易被腐蝕和難以滿足高新技術(shù)更高溫度的需要。思考：911事件中紐約世貿(mào)大廈坍塌的原因？合金鋼強度經(jīng)得起12級臺風(fēng)、各種龍卷風(fēng)的襲擊，也耐得住地震、雷電或爆炸的侵?jǐn)_。但其優(yōu)良的導(dǎo)熱性，使它經(jīng)不起高溫，整體變軟，促使大廈迅速倒塌。無機非金屬材料的分類和特點主要有傳統(tǒng)的硅酸鹽材料和新型無機材料等。前者主要指陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、磚瓦、搪瓷等以天然硅酸鹽為原料的制品(這些制品稱為傳統(tǒng)陶瓷)。新型無機材料是用人工合成方法制得的材料，包括氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等化合物(這些材料又稱為精細陶瓷或特種陶瓷)以及一些非金屬單質(zhì)如碳、硅等。無機材料的主要特點是耐高溫、抗氧化、耐磨、耐腐蝕和硬度大，而脆性是其不足。硅酸鹽指的是硅、氧與其它化學(xué)元素（主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等）結(jié)合而成的化合物的總稱。它在地殼中分布極廣，是構(gòu)成多數(shù)巖石（如花崗巖）和土壤的主要成分。由于鍵能較高這類化合物具有：高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性

一、硅酸鹽材料1.天然的硅酸鹽礦物（粘土、石英、長石等）：寶石—綠柱石、黃玉、水晶2、以天然硅酸鹽為主要原料，經(jīng)高溫窯爐燒制而成的一大類材料，故又稱窯業(yè)材料。包括日用陶瓷、一般工業(yè)用陶瓷、普通玻璃、水泥、耐火材料等。分類:●1.硅酸鹽礦石的結(jié)構(gòu)------硅氧四面體：在這種四面體內(nèi)，硅原子占據(jù)中心，四個氧原子占據(jù)四角。這些四面體，依著四面體，依著不同的配合，形成了各類的硅酸鹽。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定.正硅酸根離子[SiO4]4-共用一個頂點的二硅酸根離子[Si2O7]6-共用兩個頂點的鏈狀翡翠

NaAl(SiO3)2綠柱石中共用兩個頂點的環(huán)狀[Si6O18]12-祖母綠黃玉石英（石英單晶為水晶翡翠瑪瑙2.可溶性硅酸鹽硅酸鹽與水的作用除堿金屬外，絕大多數(shù)硅酸鹽難溶于水也不與水作用。硅酸鈉、硅酸鉀是常見的可溶性的硅酸鹽。將二氧化硅與燒堿或純堿共熔，可得硅酸鈉。

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(g) SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2(g)Na2SiO3與水反應(yīng)，強烈水解，呈堿性

SiO32ˉ＋H2O=H2SiO3＋2OHˉ硅酸鈉的水溶液稱為水玻璃，俗稱泡花堿。水玻璃常用做鑄型砂的粘結(jié)劑：在空氣中遇CO2變成黏結(jié)力極強的硅凝膠3.水泥--粉狀水硬性無機膠凝材料。加水?dāng)嚢璩蓾{體后能在空氣或水中硬化，用以將砂、石等散粒材料膠結(jié)成砂漿或混凝土。分類：硅酸鹽水泥（3CaO·SiO2，簡式C3S），（2CaO·SiO2，簡式C2S）鋁酸鹽水泥（3CaO·Al2O3，簡式C3A）；鐵鋁酸鹽水泥（4CaO·Al2O3·Fe2O3，簡式C4AF）。硫鋁酸鹽水泥氟鋁酸鹽水泥磷酸鹽水泥生產(chǎn)工藝：以石灰石和粘土為主要原料，經(jīng)破碎、配料、磨細制成生料，然后喂入水泥窯中煅燒成熟料，再將熟料加適量石膏（有時還摻加混合材料或外加劑）磨細而成。水泥的凝結(jié)和硬化：

1)、3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝膠）+Ca（OH）2；

2)、2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝膠）+Ca（OH）2；

3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化鋁酸鈣，不穩(wěn)定）；4)、4）、CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2

裝飾水泥品種白色硅酸鹽水泥：以硅酸鈣為主要成分，加少量鐵質(zhì)熟料及適量石膏磨細而成彩色水泥：在白水泥的生料中加少量金屬氧化物，直接燒成彩色熟料，然后再加適量石膏磨細而成?！裉沾稍鲜堑厍蛟械拇罅抠Y源粘土經(jīng)過淬取而成。粘土的性質(zhì)具韌性，常溫遇水可塑，微干可雕，全干可磨；700度陶器；氣孔率較高、有不同程度滲水性，機械強度低、斷面粗糙無光澤的制品，但有耐火、抗氧化、不易腐蝕等優(yōu)點，分粗陶和精陶。1230度瓷化，瓷器可完全不吸水且耐高溫耐腐蝕。4、陶瓷—陶器、瓷器組成：陶瓷是混合物，成分特別多而復(fù)雜，而且根據(jù)陶瓷的產(chǎn)地不同成分也不同。其主要成分是二氧化硅和硅酸氧化硅、氧化鋁、氧化鉀、氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵

土木建筑工程用的陶瓷制品：陶瓷面磚、彩色瓷粒、陶管如果是粘土燒制的磚也可算陶器生產(chǎn)磚時一般用大火將磚坯里外燒透，然后熄火，使窯和磚自然冷卻。此時，窯中空氣流通，氧氣充足，形成了一個良好的氧化氣氛，使磚坯中的鐵元素被氧化成三氧化二鐵。由于三氧化二鐵是紅色的，所以也就會呈紅色。如果待磚坯燒透后，往窯中不斷淋水，此時，由于窯內(nèi)溫度很高，水很快變成水蒸汽，將會阻止空氣的流通，使窯內(nèi)形成一個缺氧的環(huán)境，磚中的三氧化二鐵便被還原成氧化亞鐵，并存在于磚中。由于氧化亞鐵是青灰色的，因而磚就會呈青灰色。

青磚在抗氧化，水化，大氣侵蝕等方面性能明顯優(yōu)于紅磚玻璃：一種較為透明的固體物質(zhì)，在熔融時形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，冷卻過程粘度逐漸增大并硬化而不結(jié)晶的硅酸鹽類非金屬材料。普通玻璃化學(xué)的組成(Na2O·CaO·6SiO2),主要成份是二氧化硅。廣泛應(yīng)用于建筑物，用來隔風(fēng)透光，屬于混合物。二氧化硅（SiO2）通常為制造玻璃的主要原料，其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，加上SiO2在自然界的廣泛存在，從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用。二氧化硅與其它化合物在高溫下熔融，快速冷卻可以制得玻璃，僅含二氧化硅單一成分的特種玻璃叫做石英玻璃。二氧化硅也是沙子和石英的主要成分。在半導(dǎo)體和太陽能板等應(yīng)用中，是目前主要的原料。5、玻璃物理過程——原料混合、粉碎、干燥、加熱、熔融、調(diào)色、凝固成形、退火?；瘜W(xué)過程——除鐵、合成硅酸鹽