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26-30号元素及其化合物知识要点简介

一、铁Fe

古代社会铁器时代大约起始于前2000年,最早发现和使用的铁是来自外空的陨铁。铁是当今社会最重要的金属材料。

26-30号元素及其化合物知识要点简介

1、铁,银白色金属,质软。有磁性。

(1)与F2、Cl2、Br2生成Fe(III),与I2、S生成Fe(II),与O2点燃生成Fe3O4

(2)与高温水蒸气生成Fe3O4

3Fe+4H2O(g)=高温= Fe3O4+4H2

(3)与稀HCl、稀H2SO4反应时,与不活泼金属离子置换时,生成Fe2+

(4)与浓H2SO4、浓HNO3在常温下钝化。

(5)与浓H2SO4、浓HNO3在加热下,与过量稀硝酸下生成Fe3+

(6)在电化学反应中,生成Fe2+

2、铁的氧化物:FeO、Fe2O3、Fe3O4

(1)FeO,氧化亚铁,黑色固体,碱性氧化物,还原性较强。

FeO+2HCl=FeCl2+H2O

6FeO+O2=Δ=2Fe3O4

3FeO+10HNO3(稀)=Δ=3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O

草酸亚铁热分解可制取。

FeC2O4═Δ═FeO+CO↑+CO2

(2)Fe2O3,氧化铁,又叫铁红,红棕色固体,主要用作无机颜料,用于油漆、橡胶、塑料、玻璃、建筑等着色。是一种很好的催化剂。

26-30号元素及其化合物知识要点简介

碱性氧化物,氧化性较强。

Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O

Fe2O3+6HI=2FeI2+I2+3H2O

Fe2O3+3H2=Δ=2Fe+3H2O

(3)Fe3O4,又称为磁性氧化铁,黑色磁性氧化物,导体。磁性氧化铁粒子在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面应用广泛。

可以近似看作是氧化亚铁与氧化铁组成的化合物(FeO·Fe2O3)。Fe3O4有抗腐蚀效果。

Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O

3、铁的氢氧化物:Fe(OH)2、Fe(OH)3

(1)Fe(OH)2,白色,中强碱。具有还原性。

Fe(OH)2+2HCl=FeCl2+2H2O

3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O

不稳定。在空气加热,会被氧气氧化。

4Fe(OH)2+O2=Δ=2Fe2O3+4H2O

(2)Fe(OH)3,红褐色,弱碱。具有氧化性。

Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O

2Fe(OH)3+6HI=2FeI2+I2+6H2O

不稳定。

2Fe(OH)3=Δ=Fe2O3+3H2O

4、铁的盐:Fe2+、Fe3+。绿矾FeSO4·7H2O,莫尔盐FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O。

(1)亚铁盐:Fe2+,有还原性。

①与强碱反应:Fe2++2OH=Fe(OH)2

Fe(OH)2在水中不稳定,很快被溶解的氧气氧化。先有白色的氢氧化亚铁沉淀生成,很快变为灰绿色,最后转化为红褐色的氢氧化铁沉淀。

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

②易被氧化剂氧化。注意I2不能氧化。

2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl

③检验Fe2+

先用KSCN,溶液颜色无变化,再通氯气,溶液变为血红色。

也可以用K3[Fe(CN)6](赤血盐),生成蓝色沉淀。

2K3[Fe(CN)6]3FeCl2=Fe3[Fe(CN)6]2↓(滕氏蓝)+6KCl

或者形成蓝色溶液。

K3[Fe(CN)6]FeCl2=KFe[Fe(CN)6](蓝色溶液)+2KCl

(2)铁盐:Fe3+,有氧化性。

①与强碱反应

Fe3++3OH=Fe(OH)3

生成红褐色沉淀。

②被金属、S2-、I等还原。

2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

2Fe3+S2-=2Fe2++S↓

2Fe3++2I=2Fe2++I2

③在水溶液中易水解,易形成胶体,有净水作用。在pH值为3左右,就已经完全水解。

Fe3++3H2O=Fe(OH)3+3H

④检验Fe3+

用KSCN,使溶液变为血红色。

也可以用NaOH,生成红褐色沉淀。

也可以用K4[Fe(CN)6](黄血盐),生成蓝色沉淀。

3K4[Fe(CN)6]4FeCl3=Fe4[Fe(CN)6]3↓(普鲁士蓝)+12KCl

或者形成蓝色溶液。

K4[Fe(CN)6]FeCl3=KFe[Fe(CN)6](蓝色溶液)+3KCl

(3)高铁酸盐

K2FeO4:高铁酸钾,暗紫色粉末,水溶液为浅紫色。有强氧化性,集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等八大特点为一体,是新型非氯绿色高效多功能消毒剂。

制取反应为3KClO+2Fe(OH)3+4KOH=2K2FeO4+3KCl+5H2O。

5、制铁:

Fe2O3+3CO=高温=2Fe+3CO2

3Fe3O4+8Al=高温=9Fe+4Al2O3

6、磷酸铁锂电池,也有钒酸电池的大型化效果。

Li+FePO4=LiFePO4

二、钴Co

灰色金属,质地硬而脆。熔点在1500℃左右,在高温下能够保持较高的强度,有较强的铁磁性。

1、钴的化合价为+2价和+3价。+2价较稳定。其化学性质与铁,镍相似。

在空气中加热至300℃以上时氧化生成灰色CoO(氧化钴),在白热时燃烧成黑色Co3O4

氟与钴反应可生成CoF3,但其它卤素仅能生成Co(Ⅱ)卤化物。

钴可溶于稀酸中,在发烟硝酸中因生成一层氧化膜而被钝化。

Co+2HCl=CoCl2(氯化钴)+H2

2、制造电池设备正极材料LiCoO2是钴最重要的用途。

钴常被添加到钢或者其他合金当中,明显提高合金的坚硬程度、耐磨程度、抗冲击性能和韧性。

钴蓝化学成分为铝酸钴Co(AlO2)2,表现为蓝色或蓝绿色调,作为陶瓷、玻璃的着色剂使用。

3、钴酸锂电池

负极是金属锂,正极是LiCoO2

Li+LiCoO2=Li2CoO2

成本高,经常被锂锰电池代替。

xLi+MnO2=LixMnO2

三、镍Ni

银白色,硬而具有铁磁性的金属,它能够高度磨光和抗腐蚀。镍属于亲铁元素。地核主要由铁、镍元素组成。

1、镍化学性质较活泼,但比铁稳定。

在常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜,能阻止金属继续氧化。可以在纯氧中燃烧,发出耀眼白光。镍也可以在氯气和氟气中燃烧。

在稀酸中可缓慢溶解,释放出氢气而产生绿色的Ni2+

Ni+2HCl=NiCl2(氯化镍)+H2

发烟硝酸能使镍表面钝化而具有抗腐蚀性。

Ni能吸收相当数量氢气。

2、镍的化合价为+2价和+3价。+2价较稳定,+3价有强氧化性。NiO(氧化镍)、Ni2O3(氧化高镍)。

NiO+2HCl=NiCl2+H2O

NiCl2+2NaOH=Ni(OH)2↓+2NaCl

4NiO+O2=2Ni2O3

Ni2O3+6HCl=2NiCl2+Cl2↑+3H2O

2Ni2O3+4H2SO4=4NiSO4+O2↑+4H2O

2Ni(OH)2+NaClO+H2O=2Ni(OH)3+NaCl

3、镍的抗腐蚀性佳,常被用在电镀上。镍镉电池、镍氢电池含有镍。

主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂(如拉内镍,用作氢化的催化剂)

(1)镍氢电池

正极活性物质为NiOOH,负极活性物质为金属氢化物,也称储氢合金,电解液为6mol/L 氢氧化钾溶液。

MH+NiOOH=放电/充电=M+Ni(OH)2

(2)镍镉电池

正极活性物质为NiOOH,负极活性物质为金属镉Cd。该电池的缺点是有记忆效应。

Cd+2NiO(OH)+2H2O=放电/充电=2Ni(OH)2+Cd(OH)2

四、铜Cu

铜在自然界中有单质存在。铜是人类最早使用的金属之一。史前时代,人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿。

铜矿石主要有孔雀石成Cu2(OH)2CO3,赤铜矿Cu2O,蓝铜矿Cu3(OH)2(CO3)2,黄铜矿CuFeS2,辉铜矿Cu2S。

主要有+1、+2价,高温下+1价稳定,原因是Cu是3d10全充满结构。水溶液中+2价稳定,原因是Cu2+电荷高且半径小,水合热更大。

1、金属Cu,紫红色金属。

(1)2Cu+O2=Δ=2CuO

Cu+Cl2=点燃=CuCl2

2Cu+I2=Δ=2CuI

2Cu+S=Δ=Cu2S

(2)铜在潮湿的空气中放久后,表面生成一层铜绿(碱式碳酸铜),铜绿可防止金属进一步腐蚀。

2Cu+O2+H2O+CO2=Cu2(OH)2CO3

(3)Cu与非氧化性稀酸不反应。与强氧化性的强酸反应。

2Cu+8HCl(浓)=Δ=2H3[CuCl4] H2

Cu+2H2SO4(浓)=Δ=CuSO4+SO2↑+2H2O

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

(4)Cu与非氧化性稀酸在有氧气存在的情况下反应。

2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O

(5)在电子工业中,常用FeCl3溶液来刻蚀铜,以制造印刷线路。

Cu+2FeCl3= CuCl2+2FeCl2

(6)是导电能力非常好的常用金属。在电缆、电气、电子元件是最常用的材料。也可以制成多种合金,铜合金机械性能优异,其中最重要的数青铜(铜锡合金)、黄铜(铜锌合金)、白铜(铜镍合金)。铜是耐用的金属,多次回收无损其机械性能。

是常见重金属之一。

2、CuO,黑色固体。

(1)略显两性。

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

2NaOH(浓)+CuO+H2O=Na2[Cu(OH)4](四羟基合铜酸钠)

四羟基合铜酸钠溶液

2NaOH(s)+CuO =Δ=Na2CuO2+H2O(铜酸钠)

(2)对热稳定,但在高温下分解。

4CuO=高温=2Cu2O+O2

(3)CuO+H2=Δ=Cu+H2O

(4)氧化铜主要用于制陶瓷、电池、催化剂、绿色玻璃等。

3、Cu2O,呈鲜红色粉末状固体。

(1)在稀硫酸中歧化为二价铜和铜单质。

Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O

(2)在湿空气中逐渐氧化成黑色的氧化铜。

2Cu2O+O2=4CuO

(3)氧化亚铜与氨水和氢卤酸反应,因生成Cu(I)络合物,不歧化成二价铜和铜。

Cu2O+4NH3·H2O=2[Cu(NH3)2](OH)+3H2O(无色溶液,但被氧气氧化很快变蓝)

Cu2O+4HCl=2H[CuCl2]H2O

(4)被稀硝酸直接氧化。

3Cu2O+14HNO3(稀)=6Cu(NO3)2+2NO↑ +7H2O

(5)氧化亚铜用于制船底防污漆(杀死低级海生动物)。用作杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂、红色玻璃染色剂,还用于制造各种铜盐、分析试剂及用于电器工业中的整流电镀、农作物的杀菌剂和整流器的材料等。氧化亚铜也常用于催化剂作用于有机物合成。

3、Cu(OH)2,蓝色粉末。在水溶液中生成时,呈蓝色絮状沉淀。

(1)不稳定,受热易分解。固体状态下或在水中,都易分解。

Cu(OH)2=Δ=CuO+H2O

(2)微显两性。

Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O

2NaOH(浓)+Cu(OH)2=Na2[Cu(OH)4](四羟基合铜酸钠)

(3)与醛反应,生成Cu2O。

CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOH=Δ=Cu2O+CH3COONa+3H2O

(4)制铜盐的原料。用于媒染剂、催化剂、杀菌剂和颜料,是船底防污漆的组分。

4、CuOH氢氧化亚铜,黄色固体。非常不稳定,室温即可分解。

2CuOH=Cu2O+H2O

存在水、氧气时,氧化为氢氧化铜。

4CuOH+O2+2H2O = 4Cu(OH)2

颜色变化为黄色变为绿色,最后变为蓝色。

(3)制取CuOH

用NaOH处理氯化亚铜CuCl在盐酸中的冷溶液。此时析出的是黄色的CuOH沉淀。

H[CuCl2]+NaOH=CuOH↓+NaCl+H2O

5、铜盐

溶于水的盐在稀溶液时,呈现蓝色。在氨水溶液时,呈现深蓝色。在较浓的氯离子溶液中,呈现绿色。

Cu2++4H2O=[Cu(H2O)4]2+

Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+

Cu2++4Cl=[CuCl4]2-

与强碱反应,生成蓝色絮状沉淀。

Cu2++2OH=Cu(OH)2

在更浓的强碱性溶液中,会生成铜酸盐[Cu(OH)4]2-

遇H2S或可溶性硫化物生成难溶黑色沉淀CuS。此反应用于除去废水中的重金属离子。Cu2+S2-=CuS↓

遇活泼金属能发生置换反应。

(1)CuCl2

氯化铜为黄棕色粉末,易溶于水、乙醇、丙酮。氯化铜是共价化合物,为平面链状。易从空气中吸湿而变成蓝绿色晶体二水合物CuCl2·2H2O。

浓溶液为绿色,原因是有黄色的[CuCl4]2-离子存在。

遇还原剂易生成CuCl或Cu。

CuCl2+Cu=2CuCl

2CuCl2+SO2+2H2O=2CuCl↓+2HCl+H2SO4

CuCl2+H2=Δ=Cu+2HCl

(2)CuSO4

无水硫酸铜为白色粉末,五水合硫酸铜为蓝色晶体。不溶于乙醇,几乎不溶于其他大多数有机溶剂。

①波尔多液:CuSO4与Ca(OH)2的混合浊液。能杀果树的病菌。

②硫酸铜,无色固体,可以检测气体中的水蒸气。从溶液中结晶出来时是CuSO4·5H2O。

(3)Cu(NO3)2,蓝色晶体状粉末。

受热易分解。

2Cu(NO3)2=Δ=2CuO+4NO2↑+O2

(4)CuCO3,灰色固体。在水中不能产生。遇水立刻水解为Cu2(OH)2CO3和Cu(OH)2的混合物。

2CuCO3+H2O=Cu2(OH)2CO3+CO2

CuCO3+H2O=Cu(OH)2+CO2

受热易分解。

CuCO3=Δ=CuO+CO2

(5)Cu3(PO4)2,蓝色结晶性粉末。不溶于水,溶于酸、氨水。

3CuCl2+2H3PO4= Cu3(PO4)2↓+6HCl

(6)Cu2(OH)2CO3碱性碳酸铜,又名铜锈、铜绿,颜色为蓝色。

Cu2(OH)2CO3=Δ=2CuO+H2O+CO2

Cu2(OH)2CO3+2H2SO4=2CuSO4+3H2O+CO2

6、亚铜盐

(1)CuCl,白色固体,难溶于水。

溶于浓盐酸。

CuCl+HCl=H[CuCl2]

(2)Cu2SO4,溶于水发生歧化反应

Cu2SO4= CuSO4+Cu

浓硫酸与铜反应时,副反应生成灰黑色硫酸亚铜固体。

(3)CuNO3,溶于水。

(4)Cu2CO3,难溶于水。

2CuCl+Na2CO3=Cu2CO3+2NaCl

7、铜酸钠,Na2CuO2

四羟基铜酸钠,蓝色溶液,固体盐尚未制得。

2Na2[Cu(OH)4]+Cl₂=2NaCuO₂↓+2NaCl+4H2O

8、高铜酸钠

NaCuO₂,难溶于水,黑色固体。具有强氧化性。

9、制取铜

铜火法炼铜:Cu2S+O2=高温=2Cu+SO2

湿法炼铜:Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

电解精炼铜。

五、锌Zn

主要含Zn矿物有闪锌矿Zns、菱锌矿ZnCO3

银白色略带淡蓝色金属,表面易形成致密氧化膜,而呈浅灰色。是第四常见的金属。化学性质与铝相似。

Zn比Cu活泼的原因是,能级4s2全充满,金属键较弱,原子化热低。(两者的两级电离能相近、水合热相近)

1、锌在空气中很难燃烧,在氧气中发出强烈白光,燃烧时冒白烟。

与卤素单质、S、N2等反应。

易溶于酸,也易从溶液中置换金、银、铜等。

溶于强碱和氨水。

Zn+2NaOH+2H2O=Na2[Zn(OH)4]+H2

Zn+4NH3+2H2O=[Zn(NH3)4](OH)2+H2

2、ZnO和Zn(OH)2,既可溶于酸,又可溶于碱。Zn(OH)2不稳定。

ZnO+2NaOH+H2O=Na2[Zn(OH)4]

Zn(OH)2+2NaOH=Na2[Zn(OH)4]

Zn(OH)2=Δ=ZnO+ H2O

3、锌盐

(1)ZnS,白色固体,很难溶。

ZnSO4+H2S=ZnS↓+H2SO4

ZnS与BaSO4共沉淀形成ZnS·BaSO4,又称锌钡白,用作白色颜料。

ZnSO4+BaS=ZnS·BaSO4

(2)ZnCl2+H2O=H[ZnCl2(OH)]

ZnCl2·H2O=Δ= Zn(OH)Cl+HCl↑

ZnCl2·H2O+SOCl2=Δ=ZnCl2+SO2↑+2HCl↑

(3)将锌盐与铝盐分离的方法是用过量氨水处理。[Al(OH)3和Zn(OH)2都有两性]

AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4Cl

ZnCl2+4NH3·H2O =[Zn(NH3)4]Cl2+4H2O

过滤后将滤渣Al(OH)3加盐酸再处理。

将滤液加盐酸调pH得到Zn(OH)2沉淀,过滤得滤渣Zn(OH)2加盐酸再处理。

4、制造Zn金属

ZnO+CO=加热=Zn+CO2

5、应用

(1)用于镀锌,在铁表面镀锌。

(2)用于制造黄铜(铜锌合金)和青铜。

(3)用于制造锌基合金

(4)用于制造干电池。

碱性锌锰干电池反应为:

Zn+MnO2+2H2O+4OH=Mn(OH)42-+Zn(OH)42-

酸性锌锰干电池反应为:

2Zn+4MnO2+4NH4=4MnOOH+Zn(NH3)42++Zn2+

(5)用于医药、农业、颜料等。人体必需的微量元素之一。

(责任编辑:化学自习室)
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