物质分类及转化

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物质的分类

学习目的：更好地认识某类物质的性质,及不同类别物质间的转化关系

根据物质的组成和性质分类

组成

任何物质均由元素组成，根据元素组成对物质进 行分类是化学研究的基础。

每一种元素都可以形成单质

• 单质:只由一种元素形成的纯净物
  • 同素异形体(allotrope):同种元素形成的不同单质
• 化合物:由多种元素组成的纯净物

元素在物质中的存在形态

游离态:元素以单质形式存在的状态 eg: $\mathrm{S}$

化合态:元素以化合物形式存在的状态 eg: $\mathrm{Na}$、$\mathrm{K}$

*自然界中特别活泼的金属没有游离态

同素异形体形成方式、差异、转化

形成方式:

• 原子个数不同 eg:”氧气($\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$)与臭氧($\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$)“、“白磷与红磷”、”白锡与灰锡“……
• 排列方式不同 主要差异:主要体现于物理性质（熔点等）

同素异形体间转化属于化学变化

树状分类法:

• 物质
  • 混合物
    • 溶液
    • 胶体
    • 浊液
  • 纯净物
    • 单质
      • 非金属单质
      • 金属单质
      • 稀有气体
    • 化合物

化合物

按化合物的性质

• 无机化合物
  • 氧化物
  • 酸
  • 碱
  • 盐
• 有机化合物

按化合物的组成与结构

• 离子化合物
• 共价化合物

水溶液或熔融状态下是否导电

• 电解质
• 非电解质

按化学反应中得失电子

• 氧化剂
• 还原剂

氧化物

氧化物:氧元素与另外一种化学元素组成的二元化合物(即由两种元素组成的化合物).

• 氧化物
  • 按元素组成分类
    • 金属氧化物
    • 非金属氧化物
  • 按性质分类
    • 成盐氧化物
      • 酸性氧化物 eg:$\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2$、$\mathrm{SO}{\phantom{A}}_3$
      • 碱性氧化物 eg:$\mathrm{Na}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$、$\mathrm{CuO}$
      • 两性氧化物 eg: $\mathrm{Al}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$
    • 不成盐氧化物 eg: $\mathrm{CO}$ 、 $\mathrm{NO}$
    • 特殊氧化物 eg: $\mathrm{Fe}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$ 、$\mathrm{Pb}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$、$\mathrm{Na}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$、$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$

酸性氧化物(acidic oxide) :酸性氧化物可以与碱反应生成盐与水. eg: $\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{NaOH}=\mathrm{Na}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

碱性氧化物(basic oxide) :能与水化合形成碱, 或与酸反应生成一种盐与水 eg: $\mathrm{Na}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4=\mathrm{Na}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

NOTE

这里本质涉及物质种类转化模型: 单质 -> 氧化物 -> 水化物 -> 盐

上文对酸性氧化物与碱性氧化物的定义本质是: 存在关于该氧化物各元素价态对应的碱

两性氧化物:可以与碱反应生成盐与水,也可以与酸反应生成盐与水 eg: $\mathrm{Al}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+6\mathrm{HCl}=2\mathrm{AlCl}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ ; $\mathrm{Al}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+2\mathrm{NaOH}=2\mathrm{NaAlO}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

酸、碱

• 酸
  • 强酸: $\mathrm{HNO}{\phantom{A}}_3$ $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4$ $\mathrm{HCl}$ / $\mathrm{HClO}{\phantom{A}}_4$(高氯酸) $\mathrm{HBr}$(溴化氢) $\mathrm{HI}$(碘化氢)
  • 中强酸: $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_3$(亚硫酸) $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$(草酸) $\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{PO}{\phantom{A}}_4$(磷酸)$\mathrm{HF}$(氢氟酸)
  • 弱酸: $\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}$(醋酸) $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3$ $\mathrm{HClO}$(次氯酸) $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}$(硫化氢)
• 碱 (在水溶液中电离的阴离子全部是 $\mathrm{HO}{\phantom{A}}^{-}$ 的化合物)
  • 强碱: $\mathrm{KOH}$ $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$ $\mathrm{NaOH}$ $\mathrm{Ba}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$
  • 中强碱: $\mathrm{Mg}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$
  • 弱碱: $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_3$ $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$ $\mathrm{Cu}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$

分散系

分散系指将一种物质以离子形式分散到另一种物质中所形成的混合物.

• 分散质:被分散的物质
• 分散剂:将分散质均匀分散的物质

[!quote] 在溶液中:

溶液->分散系

溶质->分散质

溶剂->分散剂

在乳浊液和悬浊液中:

乳浊液/悬浊液->分散系

液滴/固体小颗粒->分散质

液体->分散剂

分类

根据分散粒子的直径大小可分出:

• 分散系
  • 溶液 Φ<1nm
  • 胶体 1nm≤Φ≤100mn
  • 乳浊液或悬浊液 100nm<Φ

胶体按照分散剂种类分类可分出:

• 胶体
  • 液溶胶 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_3$ 、蛋白质溶液（鸡蛋清、牛奶、豆浆、血液、淀粉溶液）
  • 气溶胶 烟、云、雾
  • 固溶胶 有色玻璃、烟水晶、土壤胶体

胶体特征

分散系	外观
溶液	均一、稳定，透明
胶体	均一、介稳(较稳定)
浊液	不均一、不透明、不稳定

分散系的分离

用过滤的方法分离胶体与浊液. 用渗析的方法分离胶体与溶液.

分散系	滤纸	半透膜
溶液	✅	✅
胶体	✅	❌
浊液	❌	❌

丁达尔效应——胶体的特征

概念: 由胶体粒子对光线散射（光波偏离原来方向而分散传播）形成的"光亮的通路".

应用: 区别难以直接辨别的溶液与胶体.

胶体的介稳原因

胶体介稳, 一是因为胶体粒径是于 1nm≤Φ≤100mn 中等大小, 二是因为胶体微粒间带同种电荷并互斥.

1. 电泳 胶体分散质微粒细小, 表面积(类似于接触面积)巨大, 能较强地吸附电性相同的离子, 从而形成带点的胶粒. 这些胶粒在外电场的作用下会发生定向移动(如: 通电后带正电荷的胶体微粒向与直流电源负极相连的一极移动), 这种现象称为电泳. 体现: U型管液面升高、颜色改变 胶体聚集为较大颗粒 -> 出现絮状沉淀
2. 聚沉 胶体粒子聚集成为较大的颗粒而形成沉淀, 从分散剂里析出的过程叫聚沉. 可使胶体聚沉的方法有:
3. 加酸、碱、盐的溶液;
4. 加带相反电荷胶粒的胶体;
5. 加热或搅拌.

使用 $\ce{FeCl3}$ 制备 $\ce{Fe(OH)3}$ 胶体

1. 原理: $\mathrm{FeCl}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_3{\phantom{A}}_{(\mathrm{胶}\mathrm{体})}+3\mathrm{HCl}$ $\mathrm{Fe}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{+}+3\mathrm{Cl}{\phantom{A}}^{-}+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_3{\phantom{A}}_{(\mathrm{胶}\mathrm{体})}+3\mathrm{HCl}$
2. 步骤 在沸水中滴加 5~6 滴饱和 $\mathrm{FeCl}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}_{\mathrm{aq}}$, 继续加热直至呈红褐色, 停止加热 使用沸水：
   1. 使用沸水会导致产生气泡（没法标气体符号）
   2. 多余 $\mathrm{HCl}$
3. 注意事项
4. 不能使用 $\mathrm{NaOH}$ 等， $\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}$ 过多，难以控制；
5. “饱和 $\mathrm{FeCl}{\phantom{A}}_3$ 溶液”不是死要求；
6. 不可振荡、搅拌，否则会导致聚沉；
7. $\mathrm{Fe}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{+}$ $\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}$ 不能配太浓。

物质的转化

酸、碱、盐的性质

组成上的相似性 --> 相似的化学性质

根据物质的组成和性质，以及物质之间的转化关系，我们可以确定制取某类物质的可能方法。

工业生产中要制取某种物质，除了考虑反应进行的可能性外，还要考虑原料来源、成本高低和设备要求等因素

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Kesager

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