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氧化物

鎖定
氧化物(Oxide)屬於化合物(當然也一定是純淨物)。其組成中只含兩種元素,其中一種一定為氧元素,另一種若為金屬元素,則稱為金屬氧化物;若另一種不為金屬元素,則稱之為非金屬氧化物 [1] 
廣義上的氧化物是指氧元素與另外一種化學元素組成的二元化合物,如二氧化碳(CO₂)、氧化鈣(CaO)、一氧化碳(CO)等。但氧與電負性更大的氟結合形成的化合物則一般稱為氟化物而不是氧化物。
中文名
氧化物
外文名
oxide [5] 
組    成
氧元素與另外一種化學元素
分    類
酸性,鹼性,兩性,中性氧化物等

氧化物酸性氧化物

在説概念之前,我們先看下面兩個例子:
2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O
上述反應表明:二氧化碳,三氧化硫跟酸的性質相似,因此,人們把二氧化碳,三氧化硫這樣能跟鹼反應生成且只生成鹽和水的氧化物,稱為酸性氧化物
非金屬氧化物大多數是酸性氧化物,例如二氧化碳、二氧化硫等。
但是酸性氧化物不一定是非金屬氧化物。

氧化物與水反應

酸性氧化物大多數能跟水直接化合生成酸。
CO2+H2O=H2CO3
SO3+H2O=H2SO4
SiO2則不能直接與水反應生成H2SiO3
不穩定酸也可以受熱分解生成酸性氧化物
H2CO3=(加熱)CO2↑+H2O
H2SO4=(加熱)SO3↑+H2O
在這裏二氧化碳、三氧化硫可以看做是碳酸、硫酸脱水後的生成物,叫做酸酐
可以説,酸性氧化物都是酸酐。

氧化物與鹼反應

酸性氧化物可以與鹼發生反應生成鹽和水。
2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O

氧化物與鹼性氧化物

一定條件下,鹼性氧化物和酸性氧化物反應生成鹽。
CaO+CO2=CaCO3
CaO+SiO2=(高温)CaSiO3 [2] 

氧化物鹼性氧化物

同樣的引入,我們先看下面兩個例子:
2HCl+CuO=CuCl2+H2O
3H2SO4+Fe2O3=Fe2(SO4)3+3H2O
上述反應表明,氧化銅,氧化鐵跟鹼的性質相似。因此,人們把氧化銅,氧化鐵這樣能跟酸反應生成且只生成鹽和水的氧化物,稱為鹼性氧化物。(SiO2可以與HF反應,但SiO2酸性氧化物(SiO2可以與HF反應是SiO2的特性,與它是鹼性氧化物或酸性氧化物無關))(鹼性氧化物包括活潑金屬氧化物和其他金屬的低價氧化物,如Na2O、CaO、BaO、CrO、MnO等)
金屬氧化物大多數是鹼性氧化物,但不乏有其他種類,例外如Mn2O7酸性氧化物),Al2O3兩性氧化物),ZnO(兩性氧化物),MnO2(兩性氧化物)等。
雖然酸性氧化物不一定是非金屬氧化物(如Mn2O7),但我們可以説,鹼性氧化物一定是金屬氧化物。

氧化物與水反應

鹼性氧化物的對應水化物是鹼,對應鹼為可溶性鹼的鹼性氧化物能跟水直接化合生成鹼。
K2O+H2O=2KOH
Na2O+H2O=2NaOH
BaO+H2O=Ba(OH)2
CaO+H2O=Ca(OH)2
只從理論上講,鹼性氧化物可以視為對應鹼脱水後的產物。
不溶性鹼則可以受熱分解生成對應的鹼性氧化物和水。
Cu(OH)2=(加熱)CuO+H2O

氧化物與酸反應

鹼性氧化物可以與酸發生反應生成鹽和水。
2HCl+CuO=CuCl2+H2O
3H2SO4+Fe2O3=Fe2(SO4)3+3H2O

氧化物與鹽反應

鹼性氧化物一般不與正鹽鹼式鹽反應,但可與酸式鹽反應。
Na2O+2NaHSO4=2Na2SO4+H2O [2] 

氧化物兩性氧化物

因為是臨界元素,所以既有一定金屬性,也有一定非金屬性,同時能與強酸強鹼反應,故稱之為兩性,對應水化物也是兩性氫氧化物
如Al2O3,ZnO等。
以Al2O3為例:
Al2O3+ 6HCl= 2AlCl3+ 3H2O
Al2O3+ 2NaOH = 2NaAlO2+ H2O [2] 
MnO2也是兩性氧化物。在酸性介質中具有中等強度的氧化性,2MnO2 +2H2SO4=2MnSO4+O2+2H2O。在強鹼中有中等強度的還原性,可被空氣中氧氣氧化生成MnO4
Mn2O7 >MnO3 >MnO2 >MnO
酸性 酸性 兩性 鹼性

氧化物中性氧化物

不能跟酸反應生成鹽和水,又不能跟鹼反應生成鹽和水的氧化物叫做中性氧化物或者不成鹽氧化物
如H2O、NO、N2O、CO等屬於中性氧化物/不成鹽氧化物
二氧化氮是不成鹽氧化物的原因是氮的含氧酸中這化合價不是+4 。(硝酸根對應的氧化物是五氧化二氮而不是二氧化氮,或者説,硝酸的酸酐是五氧化二氮而不是二氧化氮。)
這裏需要説明的是:有些不成鹽氧化物在一定條件下是可以“成鹽”的。
儘管一氧化碳能跟氫氧化鈉起反應,生成甲酸的鈉鹽。但是在生成鹽時沒有生成水,所以一氧化碳仍屬於不成鹽氧化物。 [2] 

氧化物過氧化物

過氧化鈉過氧化物,由於分子中含有過氧基或過氧離子而得其名。此外具有極弱酸性的過氧化氫與鹼作用也可生成過氧化物。因此,過氧化物也可看作是過氧化氫的鹽。能生成過氧化物的金屬,主要是鹼金屬和鹼土金屬
過氧化鈉過氧化鈉是鈉在氧氣或空氣中燃燒的產物之一,純品過氧化鈉為白色,但一般見到的過氧化鈉呈淡黃色,原因是反應過程中生成了少量超氧化鈉。過氧化鈉易潮解、有腐蝕性,應密封保存;具有強氧化性,可以用來漂白紡織類物品、麥杆、羽毛等。 [3] 

氧化物結構分類

氧化物離子型

化學式類型
氧化物舉例
M2O
鹼金屬的氧化物
MO
BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、CdO、VO、MnO、CoO、NiO
M2O3
Al2O3、Sc2O3、Ln2O3(鑭系金屬氧化物)
MO3
ReO3、WO3
M3O4
Fe3O4、Pb3O4、Mn3O4

氧化物共價型

結構類型

氧化物舉例
非金屬元素
簡單分子氧化物
H、F、Cl、Br、I、S、Se、N、P、As、C的氧化物

巨分子氧化物
B、Si的氧化物
金屬元素
18電子外殼離子的氧化物
Ag2O、Cu2O

18+2電子外殼離子的氧化物
SnO、PbO

8電子外殼、高電荷離子的氧化物
Mn2O7 [4] 

氧化物化學性質

氧化物酸鹼性

根據酸鹼特性,氧化物可分成4類:酸性的、鹼性的、兩性的和中性的。
(1)酸性氧化物。溶於水呈酸性溶液或同鹼發生的氧化物是酸性氧化物。例如:
P4O10+6H2O→4H3PO4
Sb2O5+2NaOH+5H2O→2Na[Sb(OH)6]
大多數非金屬共價型氧化物和某些電正性較弱的高氧化態金屬的氧化物都是酸性的。
(2)鹼性氧化物。溶於水呈鹼性溶液或同酸發生的氧化物是鹼性氧化物。例如:
CaO+H2O→Ca(OH)2
Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O
大多數電正性元素的氧化物是鹼性的。
(3)兩性氧化物。同強酸作用呈鹼性,又同強鹼作用呈酸性的氧化物是兩性氧化物。例如:
ZnO+2HCl→ZnCl2+H2O
ZnO+2NaOH+H2O→Na2[Zn(OH)4]
靠近長週期表中非金屬區的一些金屬元素的氧化物易顯兩性。
(4)中性氧化物。既不與酸反應也不與鹼反應的氧化物叫做中性氧化物。例如CO和N2O。
詳見:氧化物的酸鹼性

氧化物熱穩定性

大部分氧化物具有很高的熱穩定性,尤其是IIA和IVB族元素的氧化物、Li2O、Na2O、B2O3、Al2O3、SiO2等,對熱不穩定的氧化物較少,例如鹵素的氧化物、N2O5、Ag2O、HgO等。短週期元素氧化物的穩定性從左至右遞減,唯鹼金屬元素氧化物的穩定性較鹼土金屬為差,當我們考慮到M+離子之間的斥力而使M2O的晶格能較低時就不難理解這個“反常”現象了;在同一族裏,尤其是副族元素,從上向下熱穩定性增強,這是因為,雖然從上向下隨着陽離子和陰離子半徑之和的增加而減小了晶格能,但隨原子半徑的增大而減小電離能的效應更為顯著,特別是當陽離子的半徑比氧離子的半徑小時更是這樣。

氧化物分類總結

①按與氧化合的另一種元素的類型分為金屬氧化物與非金屬氧化物
②按成鍵類型或組成粒子類型分為離子型氧化物與共價型氧化物
離子型氧化物:部分活潑金屬元素形成的氧化物如Na2O、CaO等
共價型氧化物:部分金屬元素和所有非金屬元素的氧化物如MnO2、HgO、SO2、ClO2 等
③按照氧的氧化態分為普通氧化物(氧的氧化態為-2)、過氧化物(氧的氧化態為-1)、超氧化物(氧的氧化態為-1/2)和臭氧化物(氧的氧化態為-1/3)
④按照酸鹼性及是否與水生成鹽,以及生成的鹽分為酸性氧化物、鹼性氧化物和兩性氧化物、中性氧化物複雜氧化物
參考資料
  • 1.    劉志華. “單質、氧化物、酸、鹼、鹽”概念辨析[J]. 中學生數理化(高一數學), 2009(9):58-60.
  • 2.    宋心琦,王晶.高中化學(必修一):人民教育出版社,2009.12
  • 3.    宋心琦,王晶.高中化學(必修二):人民教育出版社,2009.12
  • 4.    化學教材研究開發中心.化學(選修三)物質結構與性質:人民教育出版社,2009.12
  • 5.    oxide  .有道[引用日期2023-07-01]