最后更新: 2025-10-27 14:22 查看: 94 次纠错评论(0) 课件开VIP

氧化钠、氧化铁、氢氧化钠、氢氧化铁以及盐

**重要的金属化合物**
金属化合物的种类很多，主要有金属氧化物、氢氧化物和盐等。我们已经接触了一些含钠和含铁的化合物，如氢氧化钠、氯化钠、氧化铁等，不同的金属化合物拥有各自的性质和用途。本节我们将进一步学习钠、铁等的一些重要化合物及其应用

## 氧化物
自然界中许多矿物的主要成分是以金属氧化物的形式存在的，如赤铁矿（主要成分是 $\mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3$ ）、铝土矿（主要成分是 $\mathrm{Al}_2 \mathrm{O}_3$ ）等。

多数金属氧化物不溶于水，只有少数金属氧化物能与水反应，生成可溶或微溶的碱。

### 1．氧化钠
氧化钠（图5．9）是碱性氧化物，常温下，与水反应后生成氢氧化物，并放出热量。

$$
\mathrm{Na}_2 \mathrm{O}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}=2 \mathrm{NaOH}
$$

![图片](/uploads/2025-10/3f85bf.jpg){width=300px}

氧化钠与二氧化碳反应，生成**碳酸钠**。氧化钠与酸反应，生成相应的**硫酸钠**和水。氧化钠在空气中加热会跟氧气反应生成**过氧化钠**。

$$
\begin{aligned}
& \mathrm{Na}_2 \mathrm{O}+\mathrm{CO}_2=\mathrm{Na}_2 \mathrm{CO}_3 \\
& \mathrm{Na}_2 \mathrm{O}+\mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4=\mathrm{Na}_2 \mathrm{SO}_4+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\
& 2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{O}+\mathrm{O}_2=2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{O}_2
\end{aligned}
$$

### 2．铁的氧化物
铁的氧化物主要有**氧化亚铁**、**氧化铁**、**四氧化三铁**等，它们既不溶于水，也不与水发生反应。氧化亚铁是黑色粉末，在空气中受热后会被氧化为氧化铁或四氧化三铁。**氧化铁是一种红棕色粉末，俗称铁红**，可作油漆和涂料的颜料（图5．10）。四氧化三铁是一种复杂的氧化物，它是具有**磁性**的黑色晶体，俗称**磁性氧化铁**。

![图片](/uploads/2025-10/5eddf3.jpg)

氧化亚铁和氧化铁都是**碱性氧化物**，都能与酸反应，生成亚铁盐和铁盐。离子方程式为：

$$
\begin{aligned}
& \mathrm{FeO}+2 \mathrm{H}^{+}=\mathrm{Fe}^{2+}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\
& \mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3+6 \mathrm{H}^{+}=2 \mathrm{Fe}^{3+}+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}
\end{aligned}
$$

#### 氧化铝
氧化铝是一种白色且熔点较高的氧化物，常用于耐火材料的制造。新制的氧化铝除了能与酸反应外，还能与氢氧化钠溶液反应，生成四羟基合铝酸钠。因此，氧化铝是一种既能与强酸反应又能与强碱反应的两性氧化物。

$$
\begin{aligned}
& \mathrm{Al}_2 \mathrm{O}_3+6 \mathrm{HCl}=2 \mathrm{AlCl}_3+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\
& \mathrm{Al}_2 \mathrm{O}_3+2 \mathrm{NaOH}+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}=2 \mathrm{Na}\left[\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_4\right]
\end{aligned}
$$

## 过氧化物
过氧化钠 $\left(\mathrm{Na}_2 \mathrm{O}_2\right)$ 是一种重要的过氧化物，具有**强氧化性，易潮解，有腐蚀性**，应密封保存。

**实验** 过氧化钠性质的探究
1．如图 5.11 所示，取一小匙过氧化钠置于干燥的试管中，向试管里滴加 3 mL 水，用带火星的木条，检验生成的气体，用手触感试管底部的温度，然后滴人几滴酚酞试液，观察并记录现象。

![图片](/uploads/2025-10/00063b.jpg)

2.如图5.12 所示，在长玻璃管中加入少量过氧化钠固体，用气袋（或气囊）向玻璃管内缓缓通入二氧化碳。将反应后的气体通入澄清石灰水中，用手小心触感玻璃管的温度，并用带火星的木条在试管液面上方检验产生的气体。

![图片](/uploads/2025-10/601e89.jpg)
问题：过氧化钠与二氧化碳反应后会生成哪些生成物？请设计实验探究该
反应的生成物

过氧化钠与水反应，生成氢氧化钠和氧气。过氧化钠还能与二氧化碳反应，生成碳酸钠和氧气。

$$
\begin{aligned}
& 2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{O}_2+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}=4 \mathrm{NaOH}+\mathrm{O}_2 \uparrow \\
& 2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{O}_2+2 \mathrm{CO}_2=2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{CO}_3+\mathrm{O}_2
\end{aligned}
$$

根据上述性质，可将过氧化钠用作**漂白剂**、消毒剂、氧化剂，以及潜水员或潜艇的**供氧剂**等。

## 氢氧化物 
### 1．氢氧化钠
氢氧化钠是一种白色固体，容易潮解，易溶于水并产生大量的热，水溶液呈强碱性。氢氧化钠能与氯气等一些非金属单质反应，那么它能与金属反应吗？

> 氢氧化钠
密度：2.130 g·cm—3
熔点：323 ℃
沸点：1 388 ℃
对皮肤、纸张、丝绵织
物和玻璃等有腐蚀性。

**实验**：氢氧化钠与铝的反应 如图5.13所示，取一段铝条，用砂纸去除铝条表面的氧化膜后放入试管，加入3 mL 6 mol/L  NaOH 溶液，观察现象。用带导管的塞子塞住试管，将产生的气
体导入盛有少量洗涤剂的玻璃蒸发皿中，待蒸发皿中产生较多气泡后，点燃气泡。

![图片](/uploads/2025-10/bdc4d7.jpg){width=600px}
 
 ### 2．铁的氢氧化物
在常见的金属氢氧化物中，除了 $\mathrm{NaOH} 、 \mathrm{KOH} 、 \mathrm{Ba}(\mathrm{OH})_2$ 等易溶于水， $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_2$ 微溶于水之外， $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3$ 、 $\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_3$ 等多数的金属氢氧化物都不溶于水，但可溶于酸。常见的铁的氢氧化物有氢氧化铁和氢氧化亚铁。

**实验 氢氧化铁和氢氧化亚铁的制备**

1．氢氧化铁的制备
取一支试管加人 $2 \mathrm{~mL} \mathrm{FeCl}_3$ 溶液，再用胶头滴管向其中加人 NaOH 溶液，观察并记录实验现象。

2．氢氧化亚铁的制备
$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ 是一种白色物质，易被氧气等氧化剂氧化，甚至溶解在溶液中的少量氧气也可氧化 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ 。请设计一个实验方案，从溶液配制直至生成 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ 沉淀，整个过程尽量隔绝氧气。在得到白色絮状沉淀后，进一步观察 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ 的氧化过程。你的实验方案是：
 
铁盐溶液与碱溶液反应得到的氢氧化铁是一种不溶于水的红褐色沉淀（图 5.14 ）。氢氧化铁可用来制药、制颜料等。加热时，氢氧化铁分解为氧化铁和水。

$$
2 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3 \xlongequal{\triangle} \mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}
$$

$\mathrm{FeSO}_4$ 与 NaOH 反应，生成的白色絮状沉淀暴露在空气中会迅速变为灰绿色，最后变成红褐色。因为不溶于水的白色 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ 被空气中的 $\mathrm{O}_2$ 氧化为红褐色的 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3$ 。

$$
\begin{aligned}
& \mathrm{FeSO}_4+2 \mathrm{NaOH}=\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2 \downarrow+\mathrm{Na}_2 \mathrm{SO}_4 \\
& 4 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2+\mathrm{O}_2+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}=4 \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3
\end{aligned}
$$

![图片](/uploads/2025-10/5db6d5.jpg)
 
 ## 盐
### 1. 碳酸钠和碳酸氢钠
碳酸钠和碳酸氢钠是常见的钠盐。碳酸钠俗称苏打，又称**纯碱**，常温下为白色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。碳酸钠是一种重要的化工原料，广泛应用于石油、纺织、冶金、建筑等领域。

碳酸氢钠俗称**小苏打**，常温下为白色晶体，在水中的溶解度小于碳酸钠，水溶液呈**弱碱性**。在制药中用作制酸剂，在食品工业中用作酸度调节剂、**膨松剂**等。

**实验 比较碳酸钠、碳酸氢钠的化学性质**
1. 热稳定性
在两支大试管内分别放入少量碳酸钠和碳酸氢钠固体，按图5.15所示搭建装置，将导管分别伸入两支盛有澄清石灰水的小试管中。 在大试管底部加热，观察现象，并尝试得出结论

![图片](/uploads/2025-10/4fb3bd.jpg)

2. 与盐酸反应
如图5.16（a）所示，在一支Y形试管的一侧支管中放小磁子和1 g碳酸钠，另一支Y形试管的一侧支管中放小磁子和1 g碳酸氢钠，在两支Y形管的另一侧支管中都加入10 mL 0.1 mol/L稀盐酸。在两支Y形试管上各连一个气体压强传感器，并与数据采集器和计算机连接并采集压强数据。将两支Y形管同时向一侧倾斜，使盐酸跟固体反应，同时将Y形管固定在磁力搅拌器上搅拌。观察试管中的现象和采集到的压强数据的变化，根据如图5.16 （b） 所示的实验结果，得出结论。

![图片](/uploads/2025-10/25a292.jpg)

实验表明，碳酸氢钠比碳酸钠更易受热分解。碳酸氢钠在加热后迅速分解，产生二氧化碳气体。碳酸钠则很难受热分解。

$$
2 \mathrm{NaHCO}_3 \xlongequal{\triangle} \mathrm{Na}_2 \mathrm{CO}_3+\mathrm{CO}_2 \uparrow+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}
$$

碳酸钠与盐酸反应其实是分两步完成的。碳酸氢钠遇到稀盐酸放出二氧化碳，要比碳酸钠剧烈得多。

$$
\begin{aligned}
& \mathrm{Na}_2 \mathrm{CO}_3+\mathrm{HCl}=\mathrm{NaHCO}_3+\mathrm{NaCl} \\
& \mathrm{NaHCO}_3+\mathrm{HCl}=\mathrm{NaCl}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\mathrm{CO}_2 \uparrow
\end{aligned}
$$

碳酸钠粉末露置在潮湿的空气中会吸收水分，形成水合碳酸钠晶体（ $\mathrm{Na}_2 \mathrm{CO}_3 \cdot x \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ ）。像石碱（ $\mathrm{Na}_2 \mathrm{CO}_3 \cdot 10 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ ）这种碳酸钠晶体在干燥空气里容易逐渐失去结晶水变成碳酸钠粉末。向碳酸钠溶液中通人二氧化碳可生成碳酸氢钠。

### 2．铁盐和亚铁盐
氯化铁、硫酸铁等含有 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 的盐溶液遇到硫氰化钾 （KSCN）溶液后变成血红色（图5．18），我们可利用这一性质来检验 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 的存在。

![图片](/uploads/2025-10/118b60.jpg)
 
 
**实验 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 性质的探究**
取一支试管加人 $2 \mathrm{~mL} 0.1 \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{~L}^{-1} \mathrm{FeCl}_3$ 溶液，然后滴人 2 滴 $0.1 \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{~L}^{-1}$ KSCN 溶液，观察并记录实验现象。向上述试管中加人过量铁粉，充分振荡后静置。再取上层清液，滴人几滴新制氯水，观察和记录实验过程中的现象。
 
问题：将实验中的铁粉换成铜粉，氯水换成其他氧化剂，能否产生同样效果？通过探究你能总结 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 之间相互转化的规律吗？

$\mathrm{Fe}^{3+}$ 具有氧化性，遇到金属铁、铜等时，会被还原为 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 。 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 既有氧化性，又有还原性，通常主要表现为还原性。 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 遇到强氧化性的物质如氧气、氯水、硝酸等时，会被氧化为 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 。因此， $\mathrm{Fe}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 在一定条件下可以相互转化。

$$
\begin{aligned}
& 2 \mathrm{Fe}^{3+}+\mathrm{Fe}=3 \mathrm{Fe}^{2+} \\
& 2 \mathrm{Fe}^{2+}+\mathrm{Cl}_2=2 \mathrm{Fe}^{3+}+2 \mathrm{Cl}^{-}
\end{aligned}
$$

#### 金属和金属氧化物超导材料
1911 年荷兰物理学家昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes, 1853—1926）首次发现当温度降到4.3 K附近时，汞的电阻突然消失。这就是某些材料在低温下的超导现象，能发生超导现象的物质叫做超导体，超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度。大多数金属元素及数以千计的合金、化合物均可在不同条件下显示出超导性，如钨的转变温度为0.012 K，铝为 1.196 K 等。

没有电阻的金属具有巨大价值，但由于维持低温的液氦成本太大，从而限制了超导体的应用。科学家一直在探索高温超导体，高温超导体将超越常规材料而拥有广泛用途，如可制作磁体应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输，还可制作电缆用于大容量输电、通信等。

20 世纪80年代，掀起了以金属氧化物为对象，以寻找高温超导体为目标的研究热潮。1987年中国科学院物理研究所赵忠贤研究团队和科学家朱经武分别发现Y—Ba—Cu—O体系中存在100 K和92 K的超导体。此后，更高温度的金属氧化物超导材料被陆续发现。

金属和金属氧化物超导现象的探索表明，种类繁多的金属及其化合物中拥有许多奇妙的性质，等待我们进一步去开拓和研究，使之为人类服务。

`例`某学生在实验室用如图 5.19 所示的装置制备白色的 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ 。向装置I中投入过量的纯铁粉和稀硫酸，装置II中盛有 NaOH 溶液。
（1）该学生会用煮沸过的蒸馏水来配制 NaOH 溶液，为什么？
（2）待装置I中的反应结束后，如何操作将会得到白色的 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ 沉淀？

![图片](/uploads/2025-10/718592.jpg)

解：1） $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ 易被空气中的氧气氧化，故制备时主要是避免氧气的介入。用煮沸过的蒸馏水来配制 NaOH 溶液就是避免溶入氧气。
（2）上述实验装置的主要目的是：装置 I 在制备 $\mathrm{FeSO}_4$ 的同时，生成的氢气通过带止水夹的导管进入装置II，把装置II中的空气全部排出。待一段时间后再夹紧止水夹，氢气无法排出致使装置I 内的压强增大，将反应后的 $\mathrm{FeSO}_4$ 溶液通过导管被压入装置II，并跟装置II 中的 NaOH 溶液反应，此时会观察到生成的白色 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2$ 沉淀。

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