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氧化物
簡介

氧化物按照是否與水生成鹽,以及生成的鹽的類型可分為:酸性氧化物、堿性氧化物、兩性氧化物不成鹽氧化物、假氧化物、過氧化物、超氧化物、臭氧化物和類似氧化物九類。(另外還有很多復(fù)雜的氧化物。)
氧化物屬于化合物,(當然也一定是純凈物)。其構(gòu)成中只含兩種元素,其中一種一定為氧元素且顯現(xiàn)負價,另一種若為金屬元素,則為金屬氧化物;若為非金屬,則為非金屬氧化物。

酸性


我們知道,堿跟反應(yīng)生成和水,跟某些非金屬氧化物反應(yīng),也生成鹽和水,
例如:
2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O 。
上述反應(yīng)表明,二氧化碳,三氧化硫跟酸的性質(zhì)相似。因此,人們把二氧化碳,三氧化硫這樣能跟堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物,稱為酸性氧化物。
非金屬氧化物大多數(shù)是酸性氧化物,我們熟悉的非金屬氧化物中,一氧化碳不是酸性氧化物。

與水反應(yīng)


酸性氧化物大多數(shù)能跟水直接化合生成含氧酸。
例如:
CO2+H2O=H2CO3
SO3+H2O=H2SO4 。
含氧酸也可以受熱分解生成酸性氧化物.例如,將硫酸加熱可得到三氧化硫和水:
H2SO4=SO3↑+H2O
在這里三氧化硫可以看做是硫酸脫水后的生成物,因此也把酸性氧化物叫做酸酐。

與堿反應(yīng)


酸性氧化物(可以與水反應(yīng)生成酸)可以與堿發(fā)生反應(yīng)。
例如:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。

堿性


跟酸起反應(yīng),生成和水的氧化物,叫做堿性氧化物。大多數(shù)金屬氧化物是堿性氧化物.例如氧化鈉、氧化鉀、氧化鋇……
: 能跟起反應(yīng),生成和水的氧化物叫堿性氧化物(且生成物只能有鹽和水,不可以有任何其它物質(zhì)生成, 且能與水反應(yīng)生成堿)。堿性氧化物一般不與正鹽、堿式鹽(如Mg(OH)Cl)反應(yīng),但可與酸式鹽(如NaHSO4)反應(yīng)。堿性氧化物包括活潑金屬氧化物和其他金屬的低價氧化物,如Na2O、CaO、BaO和CrO、MnO。堿性氧化物的對應(yīng)水化物是。例如,CaO對應(yīng)的水化物是Ca(OH)2,F(xiàn)e2O3對應(yīng)的水化物是Fe(OH)3。堿金屬、、的氧化物能跟水反應(yīng),生成相應(yīng)的氫氧化物。它們都是強堿:
Na2O+H2O→2NaOH
CaO+H2O→Ca(OH)2
高溫下,堿性氧化物和酸性氧化物作用生成鹽:
CaO+SiO2→CaSiO3
堿性氧化物與酸性氧化物反應(yīng):
Na2O+CO2→Na2CO3
堿性氧化物受熱時比較穩(wěn)定,一般不會分解。
堿性氧化物一定是金屬氧化物,而金屬氧化物不一定是堿性氧化物,如Mn2O7就是酸性氧化物,Al2O3、BeO、Cr2O3、ZnO為兩性氧化物。
堿性氧化物還可以和對應(yīng)的酸式鹽反應(yīng)——Na20+2NaHSO4→2Na2SO4+H2O
當然,堿性氧化物只是從理論上可以視為對應(yīng)堿脫水后的產(chǎn)物,并不是所有堿性氧化物都可以與水反應(yīng)生成對應(yīng)的堿。
注意:★能與酸反應(yīng)的氧化物不一定就是堿性氧化物,如SiO2可以與HF反應(yīng),但SiO2卻是酸性氧化物(應(yīng)要注意,SiO2可以與HF反應(yīng)是SiO2的特性,與它是堿性氧化物或酸性氧化物無關(guān)?。?。
★堿金屬的氧化物不一定就是堿性氧化物,如Na2O2可以和水反應(yīng)生成堿,但它是過氧化物而不是堿性氧化物。

兩性


因為是臨界元素,所以既有一定金屬性,也有一定非金屬性,同時能與強酸強堿反應(yīng),故稱之為兩性,對應(yīng)水化物也是兩性氫氧化物
如:Al2O3 ZnO BeO
Al2O3 + 6HCl= 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O

不成鹽


不能跟酸起反應(yīng)生成鹽和水,又不能跟堿起反應(yīng)而生成鹽和水,這類氧化物叫做不成鹽氧化物。例如,H2O、NO、CO、N2O、N2O4、TeO、ClO2、I2O4、MnO2 屬于不成鹽氧化物。
二氧化錳、二氧化氮是不成鹽氧化物,因為錳和氮的含氧酸對應(yīng)這兩種元素的化合價都不是+4 。
高錳酸根對應(yīng)的氧化物是七氧化二錳而不是二氧化錳。
硝酸根對應(yīng)的氧化物是五氧化二氮而不是二氧化氮。
這里需要說明的是:有些不成鹽氧化物在一定條件下是可以“成鹽”的。如CO,在工業(yè)上制備甲酸,就是利用CO和NaOH在一定條件下反應(yīng)來制取的:
CO + NaOH →HCOONa
在中學(xué)階段,我們將CO劃分到不成鹽氧化物類,是因為中學(xué)化學(xué)中還沒有涉及象上述的用CO制甲酸這方面的知識。同時也提示我們:在教學(xué)中,不能將某些概念或定義講得太死,要留有一定的余地,注意出現(xiàn)特殊情況。

假氧化物


假氧化物也就是說由多種氧化物混合而成的氧化物,有些元素和氧的二元化合物,從分子組成上看是氧化物,但實際并不是氧化物且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。我們將這類氧化物稱做假氧化物。
假氧化物是那種看似像氧化物(純凈物)其實是混合物的。像Fe3O4是氧化鐵和氧化亞鐵的混合物。

過氧化物


過氧化物,是由于分子中含有過氧基或過氧離子而得其名。此外具有極弱酸性的過氧化氫與堿作用,也可生成過氧化物。因此,過氧化物也可看作是過氧化氫的鹽。能生成過氧化物的金屬,主要是堿金屬和堿土金屬。

超氧化物


金屬性特別活潑的堿金屬和堿土金屬,在一定條件下,在過量的氧氣中燃燒時,可生成比過氧化物含氧量更高的氧化物。例如NaO4等,我們稱之為超氧化物。另外,超氧化氫也屬于超氧化物。超氧化物中的超氧離子,是分子作為一個整體獲得一個電子后形成的,因此穩(wěn)定性很差,是很強的氧化劑。

臭氧化物


常見的臭氧化物大都是比較活潑的堿金屬的氧化物,例如KO3、CsO3、RbO3等。它們是通過臭氧(O3)與堿金屬氫氧化物反應(yīng)制備而得其名的。堿金屬的臭氧化物在常溫下緩慢分解,生成超氧化物與氧氣。

類似


這類化合物從它們的分子組成上看符合氧化物的定義,但是氧元素在分子中的化合價分別為+2和+l價,是電子的提供者而不是獲得者,因而不稱作氧化物。為了說明符合氧化物定義而又不屬于氧化物的現(xiàn)象,我們稱這類化合物為類似氧化物。
比如 氟氧化合物 現(xiàn)已知有二氟化氧(OF2)、二氟化二氧(O2F2)、二氟化三氧(O3F2)、二氟化四氧(O4F2)及二氟化五氧(O5F2)。
除二氟化氧外,其他氟氧化物均不穩(wěn)定。二氟化氧是近無色或淡黃色氣體。

分類


金屬氧化物非金屬氧化物
②離子型氧化物與共價型氧化物
離子型氧化物:部分活潑金屬元素形成的氧化物如Na2O、CaO等
共價型氧化物:部分金屬元素和所有非金屬元素的氧化物如MnO2、HgO、SO2、ClO2 等
③普通氧化物、過氧化物和超氧化物
④酸性氧化物、堿性氧化物和兩性氧化物、不成鹽氧化物、其它復(fù)雜氧化物
1. 酸性氧化物大多數(shù)能跟水直接化合生成含氧酸。
CO2+H2O→H?CO?
SO2+H2O→H?SO?
含氧酸也可以受熱分解生成酸性氧化物.例如,將硫酸加熱可得到三氧化硫與水
2. 同時能與強酸強堿反應(yīng),故稱之為兩性如:Al2O3 ZnO BeO
3. 不能跟酸起反應(yīng),又不能跟堿起反應(yīng)而生成鹽和水,這類氧化物叫做不成鹽氧化物。
例如,H2O、NO、CO、N2O、TeO、ClO2、I2O5、MnO2屬于不成鹽氧化物。
(1)一氧化碳能跟氫氧化鈉起反應(yīng),生成甲酸的鈉鹽。但是在生成鹽時沒有生成水,所以一氧化碳仍屬于不成鹽氧化物。
(2)二氧化錳、二氧化氮是不成鹽氧化物,因為錳和氮的含氧酸對應(yīng)這兩種元素的化合價都不是+4 。
(3)高錳酸根對應(yīng)的氧化物是七氧化二錳而不是二氧化錳。
(4) 硝酸根對應(yīng)的氧化物是五氧化二氮而不是二氧化氮。

相互關(guān)系


(1)酸性氧化物不都是非金屬氧化物,
非金屬氧化物也不都是酸性氧化物
如Mn2O7、是酸性氧化物,卻是金屬氧化物;CO、NO2、NO等都是非金屬氧化物,但不是酸性氧化物
(2)堿性氧化物都是金屬氧化物,但金屬氧化物不一定堿性氧化物。
如 Na2O2、Al2O3 都不是堿性氧化物
(3)酸性氧化物都是酸酐,都含有相對應(yīng)的含氧酸,但不一定都能與水反應(yīng)。
如SiO2是H4SiO4 /H2SiO3的酸酐,但SiO2不與水反應(yīng)
(4)離子型氧化物都是強電解質(zhì),共價型氧化物都是非電解質(zhì)
常見氧化物:
氧化鋅,氧化鎂,氧化鐵,氧化鈣,氧化鉻,氧化鋁(Al2O3)。

制備


氧化物通??梢杂媒饘僦苯尤紵ㄖ苯友鯕?a target='_blank' title='氧化'>氧化)法、還原法、熱分解法等來制備。詳見:氧化物的制備

結(jié)構(gòu)分類

離子型


化學(xué)式類型

氧化物舉例

M2O

堿金屬的氧化物

MO

BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、CdO、VO、MnO、CoO、NiO

M2O3

Al2O3、Sc2O3、Y2O3、Ln2O3(鑭系金屬氧化物)

MO3

ReO3、WO3

M3O4

Fe3O4、Pb3O4、Mn3O4
查看完整表格

MO2:ThO2、CeO2、UO2、SnO2、PbO2、TiO2、VO2、MnO2、RuO2、WO2、MoO2

共價型


結(jié)構(gòu)類型

氧化物舉例

非金屬元素

簡單分子氧化物

H、F、Cl、Br、I、S、Se、N、P、As、C的氧化物

巨分子氧化物

B、Si的氧化物

金屬元素

18電子外殼離子的氧化物

Ag2O、Cu2O

18+2電子外殼離子的氧化物

SnO、PbO

8電子外殼、高電荷離子的氧化物

Mn2O7
查看完整表格
物理性質(zhì)


元素的特征氧化物中,所有短周期元素的氧化物都是白色的,而長周期中卻有一些元素的氧化物是有顏色的,例如第四周期特征氧化物的顏色呈如下變化:


K2O

CaO

Sc2O3

TiO2

V2O5

CrO3

Mn2O7






暗紅

綠紫

這是由于各陽離子具有相同的8電子構(gòu)型,但隨著正電荷的增加和半徑的減小,它們對O(2-)離子極化作用逐漸增強了,使得激發(fā)態(tài)基態(tài)之間的能量差越來越小,因而能夠吸收部分可見光而使集中于氧端的電子向金屬一端遷移(這種電子遷移叫做電荷躍遷),它們的吸收譜帶向長波方向移動,致使氧化物的顏色逐漸加深。在特征氧化物中顯色的,還有第五周期的Cd、Ag、In、Sb、Te,第六周期的W、Re、Os、Hg、Tl、Pb、Bi,以及許多的鑭系元素錒系元素的氧化物。這些過渡元素氧化物之所以顯色,有些是由于電荷躍遷引起的,有些則是由于d-d躍遷引起的,鑭系和錒系元素的氧化物中,有顏色的現(xiàn)象更為普遍。例如,由d-d躍遷引起的Fe、Co、Ni氧化物的顏色變化為:

FeO

CoO

NiO

|

Fe2O3

Co2O3

Ni2O3


灰綠


|



灰黑

由于大多數(shù)金屬氧化物具有無限三維離子晶格,一部分非金屬氧化物具有網(wǎng)狀共價結(jié)構(gòu),所以相當多的氧化物都是難熔物質(zhì),其中BeO、MgO、CaO、Al2O3、ZrO2、HfO2和ThO2以及SiO2等都是極難熔的,它們的熔點一般在1800~3300K之間,因而是優(yōu)良的高溫陶瓷材料,對于那些以分子單元結(jié)構(gòu)存在的氧化物,它們多半呈分子晶型,共價分子之間以較弱的van der Waals力(范德華力)相結(jié)合,因而它們的熔、沸點都比較低。其中,在常溫下呈氣態(tài)的占多數(shù),例如CO、CO2、N2O、NO、N2O3、NO2、N2O5、SO2和ClO2等;呈液態(tài)的有Cl2O7、Mn2O7;呈固態(tài)的有RuO4和OsO4卻極易熔化(熔點分別為298.6K和313.8K).
化學(xué)性質(zhì)

酸堿性


根據(jù)酸堿特性,氧化物可分成4類:酸性的、堿性的、兩性的和中性的。
(1)酸性氧化物。溶于水呈酸性溶液或同堿發(fā)生中和反應(yīng)的氧化物是酸性氧化物。例如:
P4O10+6H2O→4H3PO4
SiO2+2NaOH—熔融→Na2SiO3+H2O
Sb2O5+2NaOH+5H2O→2Na[Sb(OH)6]
大多數(shù)非金屬共價型氧化物和某些電正性較弱的高氧化態(tài)金屬的氧化物都是酸性的。
(2)堿性氧化物。溶于水呈堿性溶液或同酸發(fā)生中和反應(yīng)的氧化物是堿性氧化物。例如:
CaO+H2O→Ca(OH)2
Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O
大多數(shù)電正性元素的氧化物是堿性的。
(3)兩性氧化物。同強酸作用成酸性,又同強堿作用呈酸性的氧化物是兩性氧化物。例如:
ZnO+2HCl→ZnCl2+H2O
ZnO+2NaOH+H2O→Na2[Zn(OH)4]
靠近長周期表中非金屬區(qū)的一些金屬元素的氧化物易顯兩性。
(4)中性氧化物。既不與酸反應(yīng)也不與堿反應(yīng)的氧化物叫做中性氧化物。例如CO和N2O。
詳見:氧化物的酸堿性

熱穩(wěn)定性


大部分氧化物具有很高的熱穩(wěn)定性,尤其是IIA和IVB族元素的氧化物、Li2O、Na2O、B2O3、Al2O3、

SiO2等,對熱不穩(wěn)定的氧化物較少,例如鹵素的氧化物、N2O5、Ag2O、HgO等。短周期元素氧化物的穩(wěn)定性從左至右遞減,唯堿金屬元素氧化物的穩(wěn)定性較堿土金屬為差,當我們考慮到M+離子之間的斥力而使M2O的晶格能較低時就不難理解這個“反?!爆F(xiàn)象了;在同一族里,尤其是副族元素,從上向下熱穩(wěn)定性增強,這是因為,雖然從上向下隨著陽離子和陰離子半徑之和的增加而減小了晶格能,但隨原子半徑的增大而減小電離能的效應(yīng)更為顯著,特別是當陽離子的半徑比氧離子的半徑小時更是這樣。
元素氧化物的等當量標準生成焓如右圖。
常見的氧化物簡表
(按元素周期表順序H2O H2O2 HO2 He Li2O BeO B2O3 B6O CO2 CO C3O2 C2O
N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 O OF2 O2F2 Ne Na2O Na2O2 NaO2 MgO
Al2O3 SiO2 P4O10 P4O6 SO2 SO3 Cl2O ClO2 Cl2O7 Ar K2O K2O2 KO2
KO3  CaO Sc2O3 TiO2 V2O5 VO2 V2O3 VO CrO3 CrO2 Cr2O3 Mn2O7
MnO2 Fe2O3 Fe3O4 FeO Co2O3 Co3O4 CoO Ni2O3 NiO CuO Cu2O ZnO Ga2O3
GeO2 As2O3 As2O5 SeO2 SeO3 Br2O Kr Rb2O SrO Y2O3 ZrO2 Nb2O5
MoO3 MoO2 Tc2O7 RuO2 RuO4 Rh2O3 PdO Ag2O AgO CdO In2O3 SnO2
S nO Sb2O3 Sb2O3 TeO2 TeO3 I2O5 I4O9 XeO3 XeO4  Cs2O BaO HfO2
Ta2O5 WO3 WO2 W2O3 ReO3 Re2O7 OsO4 IrO2 PtO2 Au2O3 HgO Tl2O 
Tl2O  PbO Pb3O4 PbO2 Bi2O3 Bi2O5 PoO At Rn Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds
La2O3 Ce2O3 CeO2 Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac ThO2 Pa U3O8 UO2 UO3 Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No L)
氧化鈣


中文別名:生石灰 石灰; CaO; 預(yù)分散CaO-80; 母膠粒CaO-80; 藥膠CaO-80; 消泡劑CaO; 吸水劑CaO; 吸濕劑CaO; 煅燒石灰; 煅石灰; 稀釋用石灰; 納米氧化鈣; 鈉石灰[含氫氧化鈉]; 母膠粒CaO-80; 藥用氧化鈣; 消泡劑氧化鈣; 吸潮劑氧化鈣; 母膠粒氧化鈣
化學(xué)式
CaO
相對分子質(zhì)量
56.08(不考慮其他同位素
EINECS
215-138-9
分子式
CAO
分子量
56.08
性狀
白色或帶灰色塊狀或顆粒。對濕敏感。易從空氣中吸收二氧化碳水分。 溶于水成氫氧化鈣并產(chǎn)生大量熱,溶于類、甘油蔗糖溶液,幾乎不溶于乙醇。相對密度3.32~3.35。熔點2572℃。沸點2850℃。折光率1.838。有腐蝕性。

生產(chǎn)方法


1.石灰石煅燒法:
將石灰石粗碎至150 mm,并篩除30~50 mm以下的細渣。無煙煤或焦炭要求粒度在50 mm 以下,其中所含低熔點灰分不宜過多,其無煙煤或焦炭的加入量為石灰石的7.5%~8.5%(重量)。將經(jīng)篩選的石灰石及燃料定時、定量由窯頂加入窯內(nèi),于900~1200℃煅燒,再經(jīng)冷卻即得成品。在煅燒工序副產(chǎn)二氧化碳。其  CaCO3=CaO+CO2↑;
2.用純硝酸溶解大理石,將其煮沸驅(qū)除干凈CO2。向熱溶液中加入石灰乳,過濾除去Cu、Fe、Mg等氫氧化物沉淀,加熱濾液當其接近沸騰時通入CO2產(chǎn)生Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2的量相當于加入的Ca(OH)2的量。煮沸該溶液,Ca(HCO3)2即分解成碳酸鈣沉淀,并攜帶痕量的Fe。濾液中的Ca(NO3)2經(jīng)冷卻后加入1/3體積的濃氨水和濃的(NH4)2CO3則另有CaCO3沉淀下來。將CaCO3沉淀洗滌干燥,放在石英坩堝中在電爐上灼燒即得純的氧化鈣。若要制得高純氧化鈣,則應(yīng)先將高純硝酸鈣與高純碳酸銨合成碳酸鈣:將沉淀精制后,先于烘箱中烘干,再經(jīng)灼燒 ( 控制溫度逐漸升高) ,于1000℃恒溫8h,取出稍冷后,干燥保存,制得的產(chǎn)品為99.999%的高純氧化鈣;
3.碳酸鈣煅燒法: 
先將碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣,再加入氨水進行中和,靜置沉淀,過濾,再加入碳酸氫鈉反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀,經(jīng)離心分離脫水,干燥后,進行煅燒,經(jīng)粉碎,篩選,制得藥用氧化鈣成品。其  
CaCO3+2HCl→CaCl2+CO2+H2O
CaCl2+2NH3.H2O→Ca(OH)2+2NH4Cl  
Ca(OH)2+NaHCO3→CaCO3+NaOH+H2O  
CaCO3===高溫==CaO+CO2↑;

用途


1.可作填充劑,例如:用作環(huán)氧膠黏劑的填充劑;
2.用作分析試劑,氣體分析時用作二氧化碳吸收劑,光譜分析試劑,高純試劑用于半導(dǎo)體生產(chǎn)中的外延、擴散工序,實驗室氨氣的干燥及醇類脫l水等。  
3.用作原料,可制造電石、純堿、漂白粉等,也用于制革、廢水凈化,氫氧化鈣及各種鈣化合物;
4.可用作建筑材料、冶金助熔劑,水泥速凝劑,熒光粉的助熔劑;  
5.用作植物油脫色劑,藥物載體,土壤改良劑和鈣肥;  
6.還可用于耐火材料、干燥劑;
7.可配制農(nóng)機1、2號膠和水下環(huán)氧膠黏劑,還用作與2402樹脂預(yù)反應(yīng)的反應(yīng)劑;
8.用于酸性廢水處理及污泥調(diào)質(zhì);  
9.還可用作鍋爐停用保護劑,利用石灰的吸濕能力,使鍋爐水汽系統(tǒng)的金屬表面保持干燥,防止腐蝕,適用于低壓、中壓、小容量汽包鍋爐的長期停用保護;  
10、可以和水反應(yīng)制備氫氧化鈣,反應(yīng)方程式:CaO+H2O==Ca(OH)2,屬于化合反應(yīng)。

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