氧化铝的性质:
- 物理性质:白色固体,熔点高,是较好的耐火材料,天然的Al2O3叫刚玉,硬度仅次于金刚石;
- 化学性质:不溶于水的两性化合物,既能与酸反应,又能与强碱反应。
(1)与酸反应:
(2)与碱反应:
氧化铝的两性:
氧化铝属于两性氧化物,既能与酸反应,也能与强碱反应:
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
Al2O3+2OH-===2AlO2-+H2O
氧化铝与氧化镁的比较:
氧化物 |
MgO |
Al2O3 |
工业制备 |
MgCO3=(煅烧)=MgO+CO2↑ |
铝土矿——Al2O3 |
中央物理性质 |
白色固体,熔点高,密度小 |
白色固体,熔点高,密度较小 |
主要化学性质 |
H2O |
MgO+H2O==Mg(OH)2,很慢 |
不溶解,也不反应 |
H+ |
MgO+2H+==Mg2++H2O |
Al2O3+6H+==2Al3++3H2O |
OH- |
不反应 |
Al2O3+2OH-==2AlO2-+H2O |
重要用途 |
制造耐火、耐高温器材 |
制造耐火、耐高温器材;工业冶炼铝 |
影响盐类水解平衡的因素:
主要因素是盐本身的性质,组成的盐的酸根对应的酸越弱(或阳离子对应的碱越弱),水解程度就越大,另外还受温度、浓度及外加酸碱等因素的影响。
(1)温度:盐的水解是吸热反应,因此升高温度水解程度增大;
(2)浓度:盐的浓度越小,水解程度越大,但溶液的酸碱性一般越弱;
(3)外加酸碱:外加酸碱能促进或抑制盐的水解,使盐的水解程度降低,但由于酸(或碱)的加入,使溶液的酸(碱性)增强。
例如: 外界条件对
水解平衡
的影响
(4)能水解的阳离子与能水解的阴离子混合,会相互促进水解。常见的含下列离子的两种盐混合时,会发生较彻底的双水解反应:阳离子:Fe
3+、Al
3+;阴离子:CO
32-、HCO
3-、S
2-、HS
-、AlO
2-、SO
32-、HSO
3-等。
(5)Fe
3+与S
2-、HS
-、SO
32-、HSO
3-等还原性离子发生氧化还原反应,而不是发生双水解反应。
(6)HCO
3-与AlO
2-在溶液中也不能共存,可发生反应产生白色沉淀,但不是由于双水解反应,而是:
盐类水解程度大小比较规律:
1.盐水解生成的弱酸(或弱碱)越弱,水解程度越大。常据此判断弱酸(或弱碱)的相对强弱:如等浓度的三种盐溶液,pH依次增大,则弱酸根离子的水解程度依次增大,所以酸性HX>HY>HZ。
2.相同条件下:正盐>相应酸式盐。如水解程度
3.相互促进水解的盐>单水解的盐>相互抑制水解的盐。如水解程度
电极反应式的书写:
1.根据装置书写电极反应式
(1)根据电源确定阴、阳两极→确定阳极是否是活性电极→据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。
(2)在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下,将两极电极反应式合并即得总反应式。
2.由氧化还原反应方程式书写电极反应式
(1)找出发生氧化反应和还原反应的物质→确定两极名称和生成物→利用电子守恒分别写出两极反应式。
(2)若写出一极反应式,而另一极反应式不好写,可用总反应式减去已写出的电极反应式,即得另一电极反应式。
离子的检验:
(1)焰色反应:Na
+:黄色;K
+:紫色(透过蓝色钴玻璃观察);Ca
2+:砖红色;
(2)H
+:H
+酸性。遇紫色石蕊试液变红,遇湿润蓝色石蕊试纸变红;
(3)NH
4+:在试液中加强碱(NaOH)加热,产生使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体;NH
4++OH
-NH
3↑+H
2O;NH
3+H
2O
NH
3?H
2O
NH
4++OH
- (4)Fe
3+:①通KSCN或NH
4SCN溶液呈血红色:Fe
3++SCN
-==[Fe(SCN)]
2+;②通NaOH溶液红褐色沉淀:Fe
3++3OH
-==
Fe(OH)
3↓
(5)Fe
2+:①遇NaOH溶液生成白色沉淀在空气中迅速转化成灰绿色最后变成红褐色沉淀:Fe
3++2OH
-=Fe(OH)
2↓;
4Fe(OH)
2+O
2+2H
2O==4Fe(OH)
3;
②试液中加KSCN少量无明显变化再加氯水出现血红色: 2Fe
2++Cl
2==2Fe
3++2Cl
-;Fe
3++SCN
-==[Fe(SCN)]
2+ (6)Mg
2+:遇NaOH溶液有白色沉淀生成,NaOH过量沉淀不溶解:Mg
2++2OH
-==Mg(OH)
2↓,但该沉淀能溶于NH
4Cl溶液;
(7)Al
3+:遇NaOH溶液(适量)有白色沉淀生成,NaOH溶液过量沉淀溶解:Al
3++3OH
-==Al(OH)
3↓;Al(OH)
3+OH
-==
AlO
2-+2H
2O
(8)Cu
2+:遇NaOH溶液有蓝色沉淀生成,加强热变黑色沉淀:Cu
2++2OH
-==Cu(OH)
2↓;Cu(OH)
2CuO+H
2O
(9)Ba
2+:遇稀H
2SO
4或硫酸盐溶液有白色沉淀生成,加稀HNO
3沉淀不溶解:Ba
2++SO
42-==BaSO
4↓
(10)Ag
+: ①加NaOH溶液生成白色沉淀,此沉淀迅速转变为棕色沉淀溶于氨水Ag
++OH
-==AgOH↓;2AgOH==Ag
2O+H
2O;AgOH+2NH
3?H
2O==[Ag(NO
3)
2]OH+2H
2O
②加稀HCl或可溶性氧化物溶液再加稀HNO
3生成白色沉淀:Ag
++Cl
-==AgCl↓
(11)OH
-:OH
-碱性:①遇紫色石蕊试液变蓝;②遇酚酞试液变红;③遇湿润红色石蕊试纸变蓝;
(12)Cl
-:遇AgNO
3溶液有白色沉淀生成,加稀HNO
3沉淀不溶解:Ag
++Cl
-=AgCl↓
(13)Br
-:加AgNO
3溶液有浅黄色沉淀生成,加稀HNO
3沉淀不溶解:Ag
++Br
-=AgBr↓
(14)I
-: ①加AgNO
3溶液有黄色沉淀生成,加稀HNO
3沉淀不溶解:Ag
++I
-=AgI↓;②加少量新制氯水后再加淀粉溶液显蓝色:2I
-+Cl
2=I
2+2Cl
-;I
2遇淀粉变蓝
(15)S
2-:①加强酸(非强氧化性)生成无色臭鸡蛋气味气体:S
2-+2H
+=H
2S↑;②遇Pb(NO
3)
2或(CH
3COO)
2Pb试液生成黑色沉淀,遇CuSO
4试液产生黑色沉淀:Pb
2++S
2-=PbS↓;Cu
2++S
2-=CuS↓
(16)SO
42-:加可溶性钡盐[BaCl
2或Ba(NO
3)
2]溶液有白色沉淀生成后再加稀HCl或稀HNO
3沉淀不溶解:Ba
2++SO
42-=BaSO
4↓
(17)SO
32-:加强酸(H2SO4或HCl)把产生气体通入品红溶液中,品红溶液褪色:SO
32-+2H
+=H
2O+SO
2↑ SO
2使品红溶液褪色
(18)CO
32-:加稀HCl产生气体通入澄清石灰水,石灰水变浑浊:CO
32-+2H
+=H
2O+CO
2↑;CO
2+Ca(OH)
2=CaCO
3↓+H
2O
(19)HCO
3-:取含HCO
3-盐溶液煮沸,放出无色无味、使澄清石灰水变浑浊的气体;或向HCO
3-溶液里加入稀MgSO
4溶液,无现象,加热煮沸有白色沉淀MgCO
3生成,同时放出CO
2气体。
(20)NO
3-:浓缩试液加稀硫酸和铜片加热有红棕色气体产生,溶液变成蓝色:
Cu+4H
++2NO
3-=Cu
2++2NO
2↑+2H
2O
(21)PO
43-:加AgNO
3溶液产生黄色沉淀,再加稀HNO
3沉淀溶解:3Ag
++PO
43-=Ag3PO
4↓;Ag
3PO
4溶于稀HNO
3酸。
化工生产过程中的基本问题:
1.确定化工生产的最佳过程
确定化工生产反应原理与过程的一般方法:对于某一具体的化工产品,研究生产过程要从产品的化学组成和性质考虑,来确定原料和生产路线。
①分析产品的化学组成,据此确定生产产品的主要原料;
②分析产品与生产原料之间关键元素的性质,确定主要生产步骤;
③分析生产原料的性质.确定反应原理。
2.选择化工生产的最佳原料
选择原料首先要考虑化学反应原理,此外还要考虑厂址选择、原料供应、能源供应、工业用水供应、产品存储、产品运输、产品预处理成本、环境保护等。
3.控制最佳化学反应条件
控制反应条件是取得化工生产最佳综合效益的重要环节之一。控制反应条件要应用化学反应速率理论和化学平衡原理,结合具体化学反应的特点以及生产技术和设备条件、能源消耗等,控制最佳化学反应速率和反应物的平衡转化率。
4.科学治理工业“三废”
“三废”主要是指废气、废液和废渣。治理“三废” 首先要从设计生产工艺与选择原料做起,即从源头上解决问题;其次是把好排放关,对排出的“三废”的处理,要尽最大努力使其资源化,最低要求是无害化。
5.充分利用“废热”
通过热交换或其他方式利用化学反应所放出的热量。
硫代硫酸钠的工业制法:
(1)亚硫酸钠
将纯碱溶解后,与(硫磺燃烧生成的)二氧化硫作用生成亚硫酸钠,再加入硫磺沸腾反应,经过滤、浓缩、结晶,制得硫代硫酸钠。
Na2CO3+SO2==Na2SO3+CO2 Na2SO3+S+5H2O==Na2S2O3·5H2O
(2)硫化碱法
利用硫化碱蒸发残渣、硫化钡废水中的碳酸钠和硫化钠与硫磺废气中的二氧化硫反应,经吸硫、蒸发、结晶,制得硫代硫酸钠。
2Na2S+Na2CO3+4SO2==3Na2S2O3+CO2
(3)氧化、亚硫酸钠和重结晶法
由含硫化钠、亚硫酸钠和烧碱的液体经加硫、氧化;亚硫酸氢钠经加硫及粗制硫代硫酸钠重结晶三者所得硫代硫酸钠混合、浓缩、结晶,制得硫代硫酸钠。
2Na2S+2S+3O2==2Na2S2O3 Na2SO3+S==Na2S2O3
(4)重结晶法
将粗制硫代硫酸钠晶体溶解(或用粗制硫代硫酸钠溶液),经除杂,浓缩、结晶,制得硫代硫酸钠。
砷碱法净化气体副产 利用焦炉煤气砷碱法脱硫过程中的下脚(含Na2S2O3),经吸滤、浓缩、结晶后,制得硫代硫酸钠。
高锰酸钾的工业制法:
工业上利用二氧化锰制备高锰酸钾,其步骤是
(1)二氧化锰与氢氧化钾共熔并通入氧气:2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O
(2)电解锰酸钾溶液:2K2MnO4+2H2O2KMnO4+H2↑+2KOH
高锰酸钾常见的制备方法有以下两矿石中取得的二氧化锰和氢氧化钾在空气中或混合硝酸钾(提供氧气)加热,产生锰酸钾,再于碱性溶液中与氧化剂进行电解氧化得到高锰酸钾。 2MnO2+4KOH+O2→2K2MnO4+2H2O 2K2MnO4+Cl2→2KMnO4+2KCl
也可以用MnSO4在酸性环境中和二氧化铅(PbO2)或铋酸钠(NaBiO3)等强氧化剂反应产生。此反应也用于检验二价锰离子的存在,因为高锰酸钾的颜色明显种:
①法一:以MnO2(软锰矿)为原料制KMnO4
第一步:Mn(IV)→Mn(VI) 2MnO2+4KOH+O2====2K2MnO4+2H2O
第二步:CO2歧化K2MnO4 K2MnO4+2CO2====2KMnO4+MnO2+2K2CO3
这种制备方法的最高产率为66.7% 法
②电解法:阳极:2MnO42--2e-→2MnO4- 阴极:2H2O+2e-→H2↑+2OH- 总电解反应方程式为2K2MnO4+2H2O→2KMnO4+2KOH+H2↑
理论产率可达100%
纯硅的制取:
工业上在电炉内,用硅石和碳反应得粗硅和一氧化碳,然后用粗硅和氯气反应得四氯化硅,再用四氯化硅和氢气反应的纯硅和氯化氢,这样就完成硅的制造。(第一步完全相同,第二部有三种方法,工业上用的的是西门子的方法,其他两种不常见。)反应方程式
(1)石英制硅(冶金级),这一步是粗硅制取硅商业上是由高纯度的石英砂和木头,焦炭和煤使用碳棒电极在电弧炉中制得。在高于1900°C的温度下,依照下列方程式碳把石英砂还原成硅: SiO2+C→Si+CO2. SiO2+2C→Si+2CO. 这一过程所的硅称为冶金级硅。纯度为98%-99%。另外,硅制备办法还有熔盐电解法,即电解熔解的二氧化硅。
(2)高纯硅的制备在制备高纯硅之前,需要把粗硅转化成三氯化氢硅(300°C): Si+3HCl→HSiCl3+H2 接着,通过精馏使SiHCl3与其它氯化物分离,经过精馏的SiHCl3,其杂质水平可低于10-10%的电子级硅要求。然后,提纯后的SiHCl3通过CVD原理在1150°C下制备出多晶硅粉。2HSiCl3→Si+2HCl+SiCl4.
应用盖斯定律进行计算的方法:
用盖斯定律结合已知反应的反应热求解一些相关反应的反应热时,其关键是设计出合理的反应过程,将已知热化学方程式进行适当数学运算得未知反应的方程式及反应热,使用盖斯定律时应注意以下问题:
(1)当反应方程式乘以或除以某数时,△H也应乘以或除以某数。
(2)反应方程式进行加减运算时,△H也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把△H看做一个整体进行运算
(3)通过盖斯定律计算并比较反应热的大小时,同样要把△H看做一个整体
(4)在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互互转化,状态由固→液→气变化时。会吸热;反之会放热
(5)当设计的反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
反应焓变(反应热)的简单计算:
1.根据热化学方程式计算焓变与参加反应的各物质的物质的量成正比。
2.根据反应物和生成物的能量计算
△H生成物的能量总和一反应物的能量总和。
3.根据反应物和生成物的键能计算
△H反应物的总键能-生成物的总踺能。
4.根据盖斯定律计算
将两个或两个以上的热化学方程式进行适当的数学运算,以求得所求反应的反应热。
5.根据比热公式进行计算
6.反应焓变的大小比较在比较两个热化学方程式中,△H的大小时要带 “+”“-”,比较反应放出或吸收的热量多少时要去掉 “+”“-” .
1molH2完全燃烧生成气态水时放出的热量Q1小于2molH完全燃烧生成气态水时放出的热量Q2,即
.