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金属氧化物

金属氧化物是指氧元素与另外一种金属化学元素组成的二元化合物,如氧化铁(Fe2O3)、氧化钠(Na2O)等。

金属氧化物在日常生活中应用广泛。生石灰是一种常用的干燥剂,也可用于消毒;氧化铁(Fe2O3)俗称铁红,可作红色颜料;一些工业过程中应用的催化剂也是金属氧化物。金属氧化物是金属元素和氧元素结合形成的化合物。包括铂,金在内的所有金属都有相应的金属氧化物。变价金属一般有多种氧化物,例如,铁元素具有氧化亚铁(FeO)、氧化铁2种氧化物(Fe3O4是铁酸亚铁,属于盐类)。

在常温下,金属氧化物(metallic oxide)(除Mn2O7等少数呈液态)一般都为是固体,活泼金属的氧化物能溶于水而生成碱,例如:

Na2O +H2O=2NaOH

活泼性较差的金属氧化物不溶于水,但大多数都溶于酸:

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

一些金属的氧化物来源与矿藏,例如,氧化铁是赤铁矿的主要成分,稀土金属的矿物成分主要是他们的氧化物;另外

一些氧化物可以由分解反应制得,例如,钙的氧化物生石灰(CaO)的制取。

常见的有离子晶体和原子晶体,要针对具体物质而言。大部分的金属氧化物都是离子晶体,也有例外,

高中范围内可以认为金属氧化物均为离子晶体。碱土金属氧化物是典型的离子晶体。氧化铍是例外,接近于原子晶体。

可以借助电负性粗略判断,不过也要根据实际情况看,比如氧化铝就有离子晶体和原子晶体两种不同的类型。

金属氧化物是指由金属元素与氧元素2种元素组成的氧化物,例如:钠与氧形成氧化钠。

碱性氧化物是指能与酸起反应生成盐和水的氧化物。

碱性氧化物一定是金属氧化物,氧化钙、氧化钠、氧化镁、氧化钡、氧化铁、氧化铜等大多数金属氧化物是碱性氧化物,氧化铝、氧化锌等例外,为两性氧化物,不能说金属氧化物一定是碱性氧化物,如Mn2O7是金属氧化物,但它是酸性氧化物,对应的酸是高锰酸。

活泼金属氧化物是离子型化合物,形成离子晶体,熔点和沸点都较高。

金属氧化物是一类重要的催化剂,在催化领域中已得到广泛的应用,将金属氧化物纳米化后,其催化性能更加优良,可以预见,纳米金属氧化物将是催化剂发展的重要方向。

金属氧化物表面积也是非常重要的,金属氧化物表面积研究和相关数据报告中,只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的,因为国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的。

金属氧化物在催化领域中的地位很重要,它作为主催化剂、助催化剂和载体被广泛使用。就主催化剂而言,金属氧化物催化剂可分为过渡金属氧化物催化剂和主族金属氧化物催化剂,后者主要为固体酸碱催化剂(见酸碱催化作用)。

碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及氧化铝、氧化硅等主族元素氧化物,具有不同程度的酸碱性,对离子型(如正碳离子)反应有催化活性,还可用作载体或结构助催剂。主族金属氧化物催化剂为酸碱催化剂。过渡金属氧化物催化剂的金属离子有易变价的特性,广泛用于氧化、脱氢、加氢、聚合、合成等催化反应。

实用氧化物催化剂,通常是在主催化剂中加入多种添加剂制成的多组分氧化物催化剂。金属氧化物很多是半导体,因此,能带概念被用来解释催化现象,电导率、逸出功等金属氧化物整体性质被用来解释催化活性,离子的 d电子组态、晶格氧特性、表面酸碱性等氧化物的局部性质也被用来解释催化活性。

各种现代物理化学实验方法,如扫描显微镜、X射线光电子能谱仪程序升温脱附技术穆斯堡尔共振仪X射线衍射、红外或激光曼光谱、核磁共振、顺磁共振等,可用来研究催化剂的结构,包括表面结构、组成、活性中心种类、活性组分价态和所处化学环境、吸附态的构型等性能。

由多种金属氧化物组成的催化剂进行选择氧化,是金属氧化物催化的主要内容。

在有机化学中,氧化是指:①脱氢,如CH─→CH=CH─→CH≡CH;②电负性大的元素(如氮、磷、氧、硫、氟)取代与碳结合的氢原子,如 CH─→CHOH─→CHO─→HCOOH─→CO,如果原料完全转化为二氧化碳和水,则称为完全氧化或深度氧化;如果反应在中途停止,则称为选择氧化或部分氧化;烃类(特别是烯烃)在氨存在下进行的反应称氨氧化:

2R[557-01]CH+3O+2NH─→2RCN+6HO它也是一种选择氧化。反应物分子与氧结合时,首先要发生键的断裂,氮分子的键能为226千卡/摩尔,氧分子为119千卡/摩尔,氢分子为104千卡/摩尔,氟分子为38千卡 /摩尔,碳-碳键为88千卡/摩尔。键断裂总是首先断裂弱键。因此,氟分子参与氧化时首先断裂氟-氟键,生成自由原子。氧参与氧化时,首先不是断裂氧-氧键,而是:①氢的氧化首先断裂氢-氢键;②饱和烃的氧化首先断裂碳-碳键或在催化剂作用下首先断裂碳- 氢键。不是氧先吸附在催化剂上,与反应物直接作用;就是氧化物催化剂中的氧先与反应物作用,缺氧的催化剂再与氧作用而恢复原状。

应具有如下功能:①为反应物提供的氧量足以形成产物,但又不致使其完全氧化;②能为反应物提供吸附(或配位)部位,使之变形,成为活化状态;③能在反应物之间传递电子。以上这些要求使选择氧化催化剂在使用上受到极大限制,催化剂的选择性对反应条件十分敏感,与催化剂本身以及载体和助催化剂的结构也很有关系。氨氧化催化的特点是:①选择氧化的选择性很高,但即使在500℃的高温下完全氧化的活性也很小;②没有氧时,能被反应物还原。

工业上使用的选择氧化催化剂大都由多种金属氧化物组成,这些氧化物可以是固溶体或复合氧化物(见表[常用金属氧化物催化反应及催化剂。(以上内容有缺失,参考请仔细)

氧化铜(CuO)是一种铜的黑色氧化物,略显两性,稍有吸湿性。相对分子质量为79.545,密度为6.3~6.9 g/cm3,熔点1326℃。不溶于水和乙醇,溶于酸、氯化铵及氰化钾溶液,氨溶液中缓慢溶解,能与强碱反应。氧化铜主要用于制人造丝、陶瓷、釉及搪瓷、电池、石油脱硫剂、杀虫剂,也供制氢、催化剂、绿色玻璃等用。 [1]

氧化铁,别名烧褐铁矿、烧赭上、铁丹、铁红、红粉、威尼斯红(主要成分为氧化铁)、三氧化二铁等。化学式Fe2O3,溶于盐酸,为红棕色粉末。其红棕色粉末为一种低级颜料,工业上称氧化铁红,用于油漆、油墨、橡胶等工业中,可做催化剂,玻璃、宝石、金属的抛光剂,可用作炼铁原料。 [2]

高温烧结的氧化铝,称人造刚玉或人造宝石,可制机械轴承或钟表中的钻石。氧化铝也用作高温耐火材料,制耐火砖、坩埚、瓷器、人造宝石等,氧化铝也是炼铝的原料。煅烧氢氧化铝可制得γ-AlO。γ-AlO具有强吸附力和催化活性,可做吸附剂和催化剂。刚玉主要成分α-AlO。桶状或锥状的三方晶体。有玻璃光泽或金刚光泽。密度为3.9~4.1g/cm3,硬度9,熔点2000±15℃。不溶于水,也不溶于酸和碱。耐高温。无色透明者称白玉,含微量三价铬的显红色称红宝石;含二价铁、三价铁或四价钛的显蓝色称蓝宝石;含少量四氧化三铁的显暗灰色、暗黑色称刚玉粉。可用做精密仪器的轴承,钟表的钻石、砂轮、抛光剂、耐火材料和电的绝缘体。色彩艳丽的可做装饰用宝石。人造红宝石单晶可制激光器的材料。除天然矿产外,可用氢氧焰熔化氢氧化铝制取。 [3]


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