【種花家務(wù)·化學(xué)】1-5-02氧化物——『數(shù)理化自學(xué)叢書66版』

2022-12-27 12:27 作者:山嵓 0人讀過 | 我要投稿

【閱前提示】本書由于是大半個世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生閱讀。但很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但很不扎實(shí)的學(xué)酥重新查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

第五章氧化物、堿、酸、鹽

§5-2氧化物

氧化物的存在和用途

? ? ? ? 在第二章里我們就已談到了氧化物。在自然界里，氧化物是廣泛地存在著的。水是地球上分布最廣的氧化物。在大氣里含有的二氧化碳，以及構(gòu)成砂礫、石英、瑪瑙等的主要成分二氧化硅都是氧化物。蘊(yùn)藏在地下的許多金屬礦石，例如赤鐵礦( $Fe_2O_3$ )、磁鐵礦( $Fe_3O_4$ )、赤銅礦( $Cu_2O$ )、黑銅礦( $CuO$ )、鋁礬土礦( $Al_2O_3$ )等的主要成分也都是氧化物。

? ? ? ??從氧化物的形態(tài)來講，有氣態(tài)的氧化物，例如二氧化碳、二氧化硫等；有液態(tài)的氧化物，水就是我們最熟悉的液態(tài)的氧化物；也有固態(tài)的氧化物，例如生石灰( $CaO$ )、二氧化硅( $SiO_2$ )等。

? ? ? ??氧化物的用途非常廣泛，有許多氧化物是工業(yè)上重要的原材料。例如二氧化碳是制造純堿（即碳酸鈉 $Na_2O_3$ )的主要原料之一，生石灰（氧化鈣 $CaO$ )是一種重要的建筑材料，氧化鋅( $ZnO$ )常用來制造白色油漆顏料（鋅白），硫的氧化物（二氧化硫和三氧化硫)是工業(yè)上制造硫酸的原料。但是，某些氧化物在自然界里并不存在，或者存在的量不夠生產(chǎn)上的需要。因此，在工業(yè)上，還必須大量生產(chǎn)那些具有實(shí)用意義的氧化物

氧化物的制造

? ? ? ??要制造某一類化合物，可以根據(jù)它的組成成分來尋求制取的可能的途徑。氧化物是由兩種元素組成的化合物。因此，制造氧化物，一方面可以用比它更簡單的物質(zhì)（比氧化物更簡單的物質(zhì)只有單質(zhì)了）通過化合反應(yīng)（即和氧直接化合)來制造；另一方面也可以用比它復(fù)雜一些的物質(zhì)(含有三種元素的化合物，例如某些鹽類)通過分解反應(yīng)來制造。

? ? ? ??用單質(zhì)（金屬或非金屬）直接和氧化合制取氧化物，主要是把單質(zhì)在純氧或空氣里燃燒。工業(yè)上，為了使燃燒進(jìn)行得比較完全，常先把要燃燒的原料，加熱變成蒸氣，讓蒸氣再來燃燒。例如，制取氧化鋅( $ZnO$ )，就用燃燒鋅的蒸氣的方法來制取。這個反應(yīng)的化學(xué)方程式是： $%5Cmathop%7B2Zn%7D%5Climits_%7B%5Cmathop%7B%EF%BC%88%E9%94%8C%E8%92%B8%E6%B1%BD%EF%BC%89%7D%7D%2BO_2%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E9%AB%98%E6%B8%A9%7D%5Cmathop%7B2ZnO%7D%5Climits_%7B%5Cmathop%7B%EF%BC%88%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%94%8C%EF%BC%89%7D%7D$

【山注，\mathop{2Zn}\limits_{（鋅蒸汽）}+O_2\mathop{=\!=}\limits^{高溫}\mathop{2ZnO}\limits_{（氧化鋅）}】

? ? ? ??在第三章里我們講過，在石灰窯里煅燒石灰石( $CaCO_3$ )可以制得生石灰( $CaO%20$ )，這是利用分解反應(yīng)制取氧化物的一個重要例子。這個反應(yīng)的化學(xué)方程式是： $CaCO_3%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E5%BC%BA%E7%83%AD%7DCaO%2BCO_2%E2%86%91$ 【山注，CaCO_3\mathop{=\!=}\limits^{強(qiáng)熱}CaO+CO_2↑】

? ? ? ??這個方法工業(yè)上不僅用來生產(chǎn)生石灰，而且也用來大量制造二氧化碳?xì)怏w（§3-4）。

某些不穩(wěn)定的酸和堿，加熱也能分解生成氧化物，這在§5-3、§5-4兩節(jié)里還將講到。

氧化物的化學(xué)性質(zhì)

? ? ? ??氧化物的化學(xué)性質(zhì)，我們主要談氧化物和水發(fā)生的化合反應(yīng)（稱做“水化反應(yīng)”）。

? ? ? ??許多氧化物都能和水發(fā)生化合反應(yīng)，生成的化合物稱做氧化物的水化物。

? ? ? ??在建筑工地上，我們常能看到生石灰和水反應(yīng)時發(fā)生的劇烈沸騰現(xiàn)象。如果拿幾小塊生石灰，放在蒸發(fā)皿里，加少許水進(jìn)去。起初水被生石灰所吸收，不久就刷烈地發(fā)熱，使一部分水變成蒸氣從蒸發(fā)皿口冒出來（圖5-1)。塊狀的生石灰開始松散開來，變成白色的粉末。生石灰和水化合后的生成物，叫做消石灰，在化學(xué)上稱做氫氧化鈣，分子式是 $Ca(OH)_2$ 。這個反應(yīng)的化學(xué)方程式是： $CaO%2BH_2O%3DCa(OH)_2$ 氫氧化鈣是由一分子氧化鈣和一分子水化合而成的化合物，它是氧化鈣的水化物。

? ? ? ??氧化物的水化物和第四章里所講的結(jié)晶水合物不同，在氧化物的水化物的分子里，水不是以整個分子和氧化物的分子相結(jié)合的。因此，在氧化物的水化物的分子式里，不再保留有水的分子式。例如，氫氧化鈣的分子式是 $Ca(OH)_2$ ，不應(yīng)寫作 $CaO%C2%B7H_2O$ 。

? ? ? ??二氧化碳也能和水化合，生成一種不穩(wěn)定的酸，叫做碳酸( $H_2CO_3$ )。這個反應(yīng)的化學(xué)方程式是： $CO_2%2BH_2O%3DH_2CO_3$ 【山注，CO_2+H_2O=H_2CO_3】碳酸是二氧化碳的水化物。

? ? ? ??除此以外，還有許多氧化物，都能和水化合，生成相應(yīng)的水化物。舉例如下：

$%5Cmathop%7BNa_2O%7D%5Climits_%7B%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%A0%7D%2BH_2O%3D%5Cmathop%7B2NaOH%7D%5Climits_%7B%E6%B0%A2%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%A0%7D(%E6%B0%A2%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%A0%E6%98%AF%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%A0%E7%9A%84%E6%B0%B4%E5%8C%96%E7%89%A9)$

【山注，\mathop{Na_2O}\limits_{氧化鈉}+H_2O=\mathop{2NaOH}\limits_{氫氧化鈉}(氫氧化鈉是氧化鈉的水化物)】

$%5Cmathop%7BK_2O%7D%5Climits_%7B%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%BE%7D%2BH_2O%3D%5Cmathop%7B2KOH%7D%5Climits_%7B%E6%B0%A2%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%BE%7D(%E6%B0%A2%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%BE%E6%98%AF%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%92%BE%E7%9A%84%E6%B0%B4%E5%8C%96%E7%89%A9)$

【山注，\mathop{K_2O}\limits_{氧化鉀}+H_2O=\mathop{2KOH}\limits_{氫氧化鉀}(氫氧化鉀是氧化鉀的水化物)】

$%5Cmathop%7BP_2O_5%7D%5Climits_%7B%E4%BA%94%E6%B0%A7%E5%8C%96%E4%BA%8C%E7%A3%B7%7D%2B3H_2O%EF%BC%88%E7%83%AD%E6%B0%B4%EF%BC%89%3D%5Cmathop%7B2H_3PO_4%7D%5Climits_%7B%E7%A3%B7%E9%85%B8%7D(%E7%A3%B7%E9%85%B8%E6%98%AF%E4%BA%94%E6%B0%A7%E5%8C%96%E4%BA%8C%E7%A3%B7%E7%9A%84%E6%B0%B4%E5%8C%96%E7%89%A9)$

【山注，\mathop{P_2O_5}\limits_{五氧化二磷}+3H_2O（熱水）=\mathop{2H_3PO_4}\limits_{磷酸}(磷酸是五氧化二磷的水化物)】

$%5Cmathop%7BSO_3%7D%5Climits_%7B%E4%B8%89%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A1%AB%7D%2B3H_2O%3D%5Cmathop%7BH_2SO_4%7D%5Climits_%7B%E7%A1%AB%E9%85%B8%7D(%E7%A1%AB%E9%85%B8%E6%98%AF%E4%B8%89%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A1%AB%E7%9A%84%E6%B0%B4%E5%8C%96%E7%89%A9)$

【山注，\mathop{SO_3}\limits_{三氧化硫}+3H_2O=\mathop{H_2SO_4}\limits_{硫酸}(硫酸是三氧化硫的水化物)】

? ? ? ??也有一些氧化物，例如二氧化硅( $SiO_2$ )、氧化銅( $CuO$ )、氧化鐵( $Fe_2O_3$ )等，它們不能跟水直接化合生成水化物，但可以用間接的方法制得（見第196頁）。因此，這些氧化物的水化物還是存在著的。它們分別是硅酸( $H_2SiO_3$ )、氫氧化銅[ $Cu(OH)_2$ ]、氫氧化鐵[ $Fe(OH)_3$ ]等。只有極少數(shù)的氧化物，例如一氧化碳( $CO$ )、一氧化氮( $NO$ )等，它們的水化物是不存在的。

氧化物的分子式寫法和命名法

? ? ? ??前面我們已經(jīng)知道了不少氧化物的分子式，可以看出不論金屬或非金屬的氧化物的分子式，都是金屬或非金屬元素寫在前面，氧元素寫在后面。根據(jù)化合價規(guī)則(§2-15)，氧化物分子式里金屬或非金屬元素的化合價總數(shù)一定要等于氧元素的化合價總數(shù)。我們知道氧的化合價是2價，如果以R代表金屬或非金屬元素，元素的化合價以羅馬數(shù)字注在元素符號上面，那么，不同化合價的金屬或非金屬元素的氧化物的分子式是：

? ? ? ??金屬氧化物一般根據(jù)分子里金屬的名字命名為“氧化某金屬”，例如 $K_2O$ 命名為氧化鉀， $CaO$ 命名為氧化鈣等。如果一種金屬能夠形成幾種氧化物，金屬元素化合價較低的命名為“氧化亞某金屬”，化合價較高的仍命名為“氧化某金屬”。例如 $FeO$ (其中鐵是兩價)命名為氧化亞鐵， $Fe_2O_3$ （其中鐵是三價）命名為氧化鐵。命名非金屬氧化物時，常把它分子里的氧原子個數(shù)和非金屬原子個數(shù)一齊讀出來。例如 $P_2O_5$ 命名為五氧化二磷， $SO_3$ 命名為三氧化硫等。

習(xí)題 ?5-2

1、為什么惰性氣體從它們的物理性質(zhì)來看可以歸入非金屬一類，但從它們的化學(xué)性質(zhì)來看，既不能歸人非金屬又不能歸入金屬，而要另立一類？

【山答】首先金屬的物理性質(zhì)之一是常溫下除了水銀均為固態(tài)，而惰性氣體是氣態(tài)，因此從物理性質(zhì)考慮惰性氣體應(yīng)該分類入非金屬一類。但金屬與非金屬的化學(xué)性質(zhì)中，有能夠與氧等化合的特點(diǎn)，但惰性氣體幾乎不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此不具備此特點(diǎn)，故從化學(xué)性質(zhì)來看，惰性氣體既不能歸人非金屬又不能歸入金屬。

2、什么叫做氧化物？指出下列各物質(zhì)中，哪些是氧化物，哪些不是氧化物？為什么？

????(1)氧化汞， ?(2)水， ?(3)氯酸鉀， ?(4)硫酸， ?(5)二氧化碳。

【山答】所謂氧化物，是指那些由兩種元素組成的化合物，其中一種元素是氧。因此1/2/5符合定義，是氧化物。但3/4均含有3種元素，不符合定義，因此不是氧化物。

3、寫出兩種金屬元素氧化物和兩種非金屬元素氧化物的分子式，并注明它們的讀法。

【山答】金屬氧化物： $%5Ccolor%7Bblue%7D%7BCuO%7D$ 氧化銅； $%5Ccolor%7Bblue%7D%7BFe_2O_3%7D$ 氧化鐵。非金屬氧化物： $%5Ccolor%7Bblue%7D%7BCO%7D$ 一氧化碳； $%5Ccolor%7Bblue%7D%7BSO_3%7D$ 三氧化硫。

4、制取氧化物有哪兩種可能的方法？各舉一個實(shí)例。

【山答】化合法，例如燃燒碳生成二氧化碳；分解法，例如煅燒碳酸鈣生成氧化鈣與二氧化碳。

5、怎樣從石灰石( $CaCO_3$ )制得消石灰[ $Ca(OH)_2$ ]，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【山答】 $%5Ccolor%7Bblue%7D%7BCaCO_3%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E5%BC%BA%E7%83%AD%7DCaO%2BCO_2%E2%86%91%5Cquad%20CaO%2BH_2O%3DCa(OH)_2%7D$ 【山注，\color{blue}{CaCO_3\mathop{=\!=}\limits^{強(qiáng)熱}CaO+CO_2↑\quad CaO+H_2O=Ca(OH)_2}】

6、按照下述化學(xué)反應(yīng)順序，結(jié)合一個實(shí)例，寫出完整的化學(xué)方程式：

????(1)金屬→金屬氧化物→金屬氧化物的水化物；

【山答】 $%5Ccolor%7Bblue%7D%7BNa%2BO_2%EF%BC%88%E7%A9%BA%E6%B0%94%EF%BC%89%3DNa_2O%5Cquad%20Na_2O%20%2BH_2O%3D%202NaOH%7D$ 【山注，納與純氧在高溫下反應(yīng)會生成過氧化鈉，故此處注明空氣。\color{blue}{Na+O_2（空氣）=Na_2O\quad Na_2O +H_2O= 2NaOH}】

????(2)非金屬→非金屬氧化物→非金屬氧化物的水化物。

【山答】 $%5Ccolor%7Bblue%7D%7BC%2BO_2%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E9%AB%98%E6%B8%A9%7D%20CO_2%5Cquad%20CO_2%2BH_2O%3DH_2CO_3%7D$ 【山注，\color{blue}{C+O_2\mathop{=\!=}\limits^{高溫} CO_2\quad CO_2+H_2O=H_2CO_3}】

7、1克原子的下列元素完全氧化時，各需氧氣多少克？

????(1)鋅， ?(2)鋁， ?(3)磷。【山答】16g；24g；40g。