氧化物

广义上的氧化物(oxide)是指氧元素与另外一种化学元素组成的二元化合物,如二氧化碳(CO?)、氧化钙(CaO)等。但氧与电负性更大的氟结合形成的化合物则一般称为氟化物而不是氧化物。

保有量仅占机动车总量4%  氮氧化物排放占比却达78%(图) 西安交大电信学院 在氧化物薄膜弯曲应变调控磁学性能研究方面取得进展(图) 热氮氧化物 金属氧化物 瞬发氮氧化物 二亚乙基亚胺氧化物

基本资料

广义上的氧化物(oxide)是指氧元素与另外一种化学元素组成的二元化合物,如二氧化碳(CO?)、氧化钙(CaO)等。但氧与电负性更大的氟结合形成的化合物则一般称为氟化物而不是氧化物。 中文名称氧化物 外文名称oxide 分类:酸性氧化物、碱性氧化物等 组成:氧元素与另外一种化学元素

简介

  氧化物按照是否与水生成盐,以及生成的盐的类型可分为:酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物、不成盐氧化物。(另外还有很多复杂的氧化物。)  氧化物属于化合物,(当然也一定是纯净物)。其构成中只含两种元素,其中一种一定为氧元素,另一种若为金属元素,则为金属氧化物;若为非金属,则为非金属氧化物。

酸性氧化物

  我们知道,碱跟酸反应生成盐和水,碱跟某些非金属氧化物反应,也生成盐和水,  例如:  2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O  Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O 。  上述反应表明,二氧化碳,三氧化硫跟酸的性质相似。因此,人们把二氧化碳,三氧化硫这样能跟碱反应生成盐和水的氧化物,称为酸性氧化物。  非金属氧化物大多数是酸性氧化物,我们熟悉的非金属氧化物中,一氧化碳不是酸性氧化物。

与水反应

  酸性氧化物大多数能跟水直接化合生成含氧酸。  例如:  CO2+H2O=H2CO3  SO3+H2O=H2SO4 。  SiO2则不能直接与水反应生成H2SiO3。  含氧酸也可以受热分解生成酸性氧化物.例如,将硫酸加热可得到三氧化硫和水:  H2SO4=SO3↑+H2O  在这里三氧化硫可以看做是硫酸脱水后的生成物,因此把硫酸脱去水,所剩下的部分叫做酸酐。

与碱反应

  酸性氧化物(可以与水反应生成酸)可以与碱发生反应。  例如:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。

碱性氧化物

  跟酸起反应,生成盐和水的氧化物,叫做碱性氧化物。大多数金属氧化物是碱性氧化物.例如氧化钠、氧化钾、氧化钡……  : 能跟酸起反应,生成盐和水的氧化物叫碱性氧化物(且生成物只能有盐和水,不可以有任何其它物质生成, 且能与水反应生成碱)。碱性氧化物一般不与正盐、碱式盐(如Mg(OH)Cl)反应,但可与酸式盐(如NaHSO4)反应。碱性氧化物包括活泼金属氧化物和其他金属的低价氧化物,如Na2O、CaO、BaO和CrO、MnO。碱性氧化物的对应水化物是碱。例如,CaO对应的水化物是Ca(OH)2,Fe2O3对应的水化物是Fe(OH)3。碱金属和钙、锶、钡的氧化物能跟水反应,生成相应的氢氧化物。它们都是强碱:  Na2O+H2O→2NaOH  CaO+H2O→Ca(OH)2  高温下,碱性氧化物和酸性氧化物作用生成盐:  CaO+SiO2→CaSiO3  碱性氧化物与酸性氧化物反应:  Na2O+CO2→Na2CO3  碱性氧化物受热时比较稳定,一般不会分解。  碱性氧化物一定是金属氧化物,而金属氧化物不一定是碱性氧化物,如Mn2O7就是酸性氧化物,Al2O3、BeO、Cr2O3、ZnO为两性氧化物。  碱性氧化物还可以和对应的酸式盐反应--Na20+2NaHSO4→2Na2SO4+H2O  当然,碱性氧化物只是从理论上可以视为对应碱脱水后的产物,并不是所有碱性氧化物都可以与水反应生成对应的碱。  注意:★能与酸反应的氧化物不一定就是碱性氧化物,如SiO2可以与HF反应,但SiO2却是酸性氧化物(应要注意,SiO2可以与HF反应是SiO2的特性,与它是碱性氧化物或酸性氧化物无关!)。  ★碱金属的氧化物不一定就是碱性氧化物,如Na2O2可以和水反应生成碱,但它是过氧化物而不是碱性氧化物。

两性氧化物

  因为是临界元素,所以既有一定金属性,也有一定非金属性,同时能与强酸强碱反应,故称之为两性,对应水化物也是两性氢氧化物  如:Al2O3 ZnO BeO  Al2O3 + 6HCl= 2AlCl3 + 3H2O  Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O

不成盐/中性氧化物

  不能跟酸起反应生成盐和水,又不能跟碱起反应而生成盐和水,这类氧化物叫做不成盐氧化物。例如,H2O、NO、CO、N2O、N2O4、TeO、ClO2、I2O4属于不成盐氧化物。  二氧化氮是不成盐氧化物,因为锰和氮的含氧酸对应这两种元素的化合价都不是+4 。  硝酸根对应的氧化物是五氧化二氮而不是二氧化氮。  这里需要说明的是:有些不成盐氧化物在一定条件下是可以成盐的。如CO,在工业上制备甲酸,就是利用在一定条件下反应来制取的:  CO + NaOH →HCOONa  尽管一氧化碳能跟氢氧化钠起反应,生成甲酸的钠盐。但是在生成盐时没有生成水,所以一氧化碳仍属于不成盐氧化物。

假氧化物/复杂氧化物

  假氧化物也就是说由多种氧化物混合而成的氧化物,有些元素和氧的二元化合物,从分子组成上看是氧化物,但实际并不是氧化物且结构比较复杂。我们将这类氧化物称做假氧化物。  假氧化物是那种看似像氧化物(纯净物)其实是混合物的。像氧化铁和氧化亚铁的混合物看上去像是Fe3O4但其实是混合物。

过氧化物

  过氧化物,是由于分子中含有过氧基或过氧离子而得其名。此外具有极弱酸性的过氧化氢与碱作用,也可生成过氧化物。因此,过氧化物也可看作是过氧化氢的盐。能生成过氧化物的金属,主要是碱金属和碱土金属。  过氧化钠  过氧化钠是钠在氧气或空气中燃烧的产物之一,纯品过氧化钠为白色,但一般见到的过氧化钠呈淡黄色,原因是反应过程中生成了少量超氧化钠。过氧化钠易潮解、有腐蚀性,应密封保存。过氧化钠具有强氧化性,可以用来漂白纺织类物品、麦杆、羽毛等。

超氧化物

  金属性特别活泼的碱金属和碱土金属,在一定条件下,在过量的氧气中燃烧时,可生成比过氧化物含氧量更高的氧化物。例如NaO2等,我们称之为超氧化物。另外,超氧化氢也属于超氧化物。超氧化物中的超氧离子,是分子作为一个整体获得一个电子后形成的,因此稳定性很差,是很强的还原剂。  氧化钾  超氧化钾是一种一级氧化剂,在许多方面类似于第I族金属过氧化物。遇易燃物、有机物、还原剂等会引起燃烧甚至爆炸。遇水或水蒸汽产生大量热量,同样可能发生爆炸!吸湿性极强,与水激烈反应生成氧及可被进一步分解的碱性过氧化物溶液。顺磁性。超氧化钾当有两个氧原子组合时,为-1价,钾还是为+1价黄色立方晶系片状结晶体( 如碳化钙型粉末状晶体)。元素氧化物的等当量标准生成焓

臭氧化物

  常见的臭氧化物大都是比较活泼的碱金属的氧化物,例如KO3、CsO3、RbO3等。它们是通过臭氧(O3)与碱金属氢氧化物反应制备而得其名的。碱金属的臭氧化物在常温下缓慢分解,生成超氧化物与氧气。  臭氧化钾  干燥的K的氢氧化物与O3反应可生成臭氧化物:  3KOH + 2O3= 2KO3+ KOH·H2O + 1/2O2  臭氧化钾为橘红色顺磁性晶体,可看成氧的固态载体,被用作高能氧化剂。在室温下放置,会缓慢分解为 KO2(超氧化钾)和O2。

类似

  这类化合物从它们的分子组成上看符合氧化物的定义,但是氧元素在分子中的化合价分别为+2和+l价,是电子的提供者而不是获得者,因而不称作氧化物。为了说明符合氧化物定义而又不属于氧化物的现象,我们称这类化合物为类似氧化物。  比如 氟氧化合物 现已知有二氟化氧(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,其他氟氧化物均不稳定。二氟化氧是近无色或淡黄色气体。

分类总结

  ①按与氧化合的另一种元素的类型分为金属氧化物与非金属氧化物  ②按成键类型或组成粒子类型分为离子型氧化物与共价型氧化物  离子型氧化物:部分活泼金属元素形成的氧化物如Na2O、CaO等  共价型氧化物:部分金属元素和所有非金属元素的氧化物如MnO2、HgO、SO2、ClO2 等  ③按照氧的氧化态分为普通氧化物(氧的氧化态为-2)、过氧化物(氧的氧化态为-1)、超氧化物(氧的氧化态为-1/2)和臭氧化物(氧的氧化态为-1/3)  ④按照酸碱性酸性及是否与水生成盐,以及生成的盐分为氧化物、碱性氧化物和两性氧化物、不成盐氧化物、其它复杂氧化物  1. 酸性氧化物大多数能跟水直接化合生成含氧酸。  CO2+H2O→H?CO?  SO2+H2O→H?SO?  含氧酸也可以受热分解生成酸性氧化物.例如,将硫酸加热可得到三氧化硫与水  2. 同时能与强酸强碱反应,故称之为两性如:Al2O3 ZnO BeO  3. 不能跟酸起反应,又不能跟碱起反应而生成盐和水,这类氧化物叫做不成盐氧化物。  例如,H2O、NO、CO、N2O、TeO、ClO2、I2O5、MnO2属于不成盐氧化物。  (1)一氧化碳能跟氢氧化钠起反应,生成甲酸的钠盐。但是在生成盐时没有生成水,所以一氧化碳仍属于不成盐氧化物。  (2)二氧化锰、二氧化氮是不成盐氧化物,因为锰和氮的含氧酸对应这两种元素的化合价都不是+4 。  (3)高锰酸根对应的氧化物是七氧化二锰而不是二氧化锰。  (4) 硝酸根对应的氧化物是五氧化二氮而不是二氧化氮。

相互关系

  (1)酸性氧化物不都是非金属氧化物,  非金属氧化物也不都是酸性氧化物  如Mn2O7、是酸性氧化物,却是金属氧化物;CO、NO2、NO等都是非金属氧化物,但不是酸性氧化物  (2)碱性氧化物都是金属氧化物,但金属氧化物不一定碱性氧化物。  如 Na2O2、Al2O3 都不是碱性氧化物  (3)酸性氧化物都是酸酐,都含有相对应的含氧酸,但不一定都能与水反应。  如SiO2是H4SiO4 /H2SiO3的酸酐,但SiO2不与水反应  (4)离子型氧化物都是强电解质,共价型氧化物都是非电解质  常见氧化物:  氧化锌,氧化镁,氧化铁,氧化钙,氧化铬,氧化铝(Al2O3)。

制备

  氧化物通常可以用金属直接燃烧(直接氧气氧化)法、还原法、热分解法等来制备。详见:氧化物的制备

结构分类

离子

  化学式类型  氧化物举例
  M2O  碱金属氧化物
  MO  BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、CdO、VO、MnO、CoO、NiO
  M2O3  Al2O3、Sc2O3、Y2O3、Ln2O3(镧系金属氧化物)
  MO3  ReO3、WO3
  M3O4  Fe3O4、Pb3O4、Mn3O4
  MO2:ThO2、CeO2、UO2、SnO2、PbO2、TiO2、VO2、MnO2、RuO2、WO2、MoO2

共价型

  结构类型  氧化物举例
  非金属元素  简单分子氧化物  H、F、Cl、Br、I、S、Se、N、P、As、C的氧化
  巨分氧化物  B、Si的氧化
  金属元素  18电子外壳离子氧化物  Ag2O、Cu2O
  18+2电子外壳离子氧化  SnO、PbO
  8电子外壳、高电荷离子氧化物  Mn2O7

物理性质

  在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,而长周期中却有一些元素的氧化物是有颜色的,例如第四周期钾~锰特征氧化物的颜色呈如下变化:
  K2O  CaO  Sc2O3  TiO2  V2O5  CrO3  Mn2O7
  白  白  白  白  橙  暗红  绿紫
  这是由于各阳离子具有相同的8电子构型,但随着正电荷的增加和半径的减小,它们对O(2-)离子的极化作用逐渐增强了,使得激发态和基态之间的能量差越来越小,因而能够吸收部分可见光而使集中于氧端的电子向金属一端迁移(这种电子迁移叫做电荷跃迁),它们的吸收谱带向长波方向移动,致使氧化物的颜色逐渐加深。在特征氧化物中显色的,还有第五周期的Cd、Ag、In、Sb、Te,第六周期的W、Re、Os、Hg、Tl、Pb、Bi,以及许多的镧系元素和锕系元素的氧化物。这些过渡元素氧化物之所以显色,有些是由于电荷跃迁引起的,有些则是由于d-d跃迁引起的,镧系和锕系元素的氧化物中,有颜色的现象更为普遍。例如,由d-d跃迁引起的Fe、Co、Ni氧化物的颜色变化为:
  FeO  CoO  NiO  |  Fe2O3  Co2O3  Ni2O3
  黑  灰绿  绿  |  红  褐  灰黑
  由于大多数金属氧化物具有无限三维离子晶格,一部分非金属氧化物具有网状共价结构,所以相当多的氧化物都是难熔物质,其中BeO、MgO、CaO、Al2O3、ZrO2、HfO2和ThO2以及SiO2等都是极难熔的,它们的熔点一般在1800~3300K之间,因而是优良的高温陶瓷材料,对于那些以分子单元结构存在的氧化物,它们多半呈分子晶型,共价分子之间以较弱的van der Waals力(范德华力)相结合,因而它们的熔、沸点都比较低。其中,在常温下呈气态的占多数,例如CO、CO2、N2O、NO、N2O3、NO2、N2O5、SO2和ClO2等;呈液态的有Cl2O7、Mn2O7;呈固态的有RuO4和OsO4却极易熔化(熔点分别为298.6K和313.8K).

化学性质

酸碱性

  根据酸碱特性,氧化物可分成4类:酸性的、碱性的、两性的和中性的。  (1)酸性氧化物。溶于水呈酸性溶液或同碱发生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]  大多数非金属共价型氧化物和某些电正性较弱的高氧化态金属的氧化物都是酸性的。  (2)碱性氧化物。溶于水呈碱性溶液或同酸发生的氧化物是碱性氧化物。例如:  CaO+H2O→Ca(OH)2  Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O  大多数电正性元素的氧化物是碱性的。  (3)两性氧化物。同强酸作用呈碱性,又同强碱作用呈酸性的氧化物是两性氧化物。例如:  ZnO+2HCl→ZnCl2+H2O  ZnO+2NaOH+H2O→Na2[Zn(OH)4]  靠近长周期表中非金属区的一些金属元素的氧化物易显两性。  (4)中性氧化物。既不与酸反应也不与碱反应的氧化物叫做中性氧化物。例如CO和N2O。  详见:氧化物的酸碱性

热稳定性

  大部分氧化物具有很高的热稳定性,尤其是IIA和IVB族元素的氧化物、Li2O、Na2O、B2O3、Al2O3、SiO2等,对热不稳定的氧化物较少,例如卤素的氧化物、N2O5、Ag2O、HgO等。短周期元素氧化物稳定性从左至右递减,唯碱金属元素氧化物的稳定性较碱土金属为差,当我们考虑到M+离子之间的斥力而使M2O的晶格能较低时就不难理解这个反常现象了;在同一族里,尤其是副族元素,从上向下热稳定性增强,这是因为,虽然从上向下随着阳离子和阴离子半径之和的增加而减小了晶格能,但随原子半径的增大而减小电离能的效应更为显著,特别是当阳离子的半径比氧离子的半径小时更是这样。  元素氧化物的等当量标准生成焓如右图。  常见的氧化物简表  (按元素周期表顺序H2O H2O2 HO2 HeO2 Li2O BeO B2O3 B6O CO2 CO C3O2 C2O  N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 O3 OF2 O2F2 NeO2 Na2O Na2O2 NaO2 MgO  Al2O3 SiO2 P4O10 P4O6 SO2 SO3 Cl2O ClO2 Cl2O7 ArO2 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 KrO3 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 At2O7 AtO3 RnO3 Fr2O RaO RfO2 Db2O5 Bh2O7 HsO4 MtO2 DsO3 Rg2O3 CnO2  La2O3 Ce2O3 CeO2 Pr6O11 Nd2O3 Pm2O3 Sm2O3 Eu2O3 Gd2O3 Tb2O3 Dy2O3 Ho2O3 Er2O3 Tm2O3 Yb2O3 Lu2O3  Ac2O3 ThO2 PaO2 U3O8 UO2 UO3 NpO2 PuO2 AmO2 CmO BkO2 Cf2O3 Es2O3 Fm2O3 MdO NoO LrO)

常见谣言

  谣言:MnO2 不属于不成盐氧化物  驳斥:二氧化锰是不成盐氧化物,因为锰和氮的含氧酸对应这两种元素的化合价都不是+4。高锰酸根对应的氧化物是七氧化二锰而不是二氧化锰。

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