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Ⅰ
(1)[H2O·M·OH2]2+ (2)[H2O·M·OH]+ (3)[HO·M·OH] (4)[HO·M·O]- (5)[O·M·O]2-
Ⅱ
(1)[H2O·A·H2O]2- (2)[H2O·A·H]-
(3)[H·A·H]
极 化 作 用 增 强
水解反应有时伴有其他反应而使产物复杂化,这些反应有聚合,配合,脱水和氧化还原等。 (4)聚合和配合
有些盐发生水解时首先生成碱式盐,接着这些碱式盐聚合成多核阳离子,如:
Fe3++H2O = [Fe(OH)]2++H+
2Fe3++2H2O
[Fe2(OH)2]4++ 2H+ [Fe2(OH)2]4+多聚配阳离子有如下的结构:
当Fe3+离子的水解作用再进一步进行时,将通过羟桥出现更高的聚合度,以至逐渐形成胶体溶液,并最后析出水合氧化铁沉淀。这类沉淀从溶液中析出时均呈絮状,十分疏松。这就是因为沉淀中包含着大量的水分,其来源首先就是水合离子内部所含有的那些水分。
有时水解产物还可以同未水解的无机物发生配合作用,如: 3SnCl4+3H2O=SnO2·H2O+2H2SnCl6
综上所述,就无机物的水解反应,可归纳出几条规律:
a. 随正,负离子极化作用的增强,水解反应加剧,这包括水解度的增大和水解反应的深化。离子电荷,电子壳结构(或统一为有效核电荷),离子半径是影响离子极化作用强弱的主要内在因素,电荷高,半径小的离子,其极化作用强。由18电子(如Cu+ Hg2+等),18+2电子(如Sn2+ Bi3+)以及2电子(Li+ ,Be2+)的构型过度到9——17电子(如Fe3+ ,Co2+)构型,8电子构型时,离子极化作用依次减弱。共价型化合物水解的必要条件是电正性原子要有空轨道。
b. 温度对水解反应的影响较大,是主要的外因,温度升高时水解加剧。
c. 水解产物不外乎碱式盐,氢氧化物,含水氧化物和酸四种,这个产物顺序与正离子的极化作用增强顺序是一致的。低价金属离子水解的产物一般为碱式盐,高价金属离子水解的产物一般为氢氧化物或含水氧化物。在估计共价型化合物的水解产物时,首先要判断清楚元素的正负氧化态,判断依据就是它们的电负性。在P, S , Br ,Cl, N ,F这系列中,元素在相互化合时,处于右位的为负性。负氧化态的非金属的水解产物一般为氢化物,正氧化态的非金属元素的水解产物一般为含氧酸。
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d. 水解反应常伴有其他反应,氧化还原和聚合反应等。
七.无机物的酸分解反应:
1. SO32-+2H+=SO2↑+H2O 3NO2-+2H+=NO3-+2NO↑+H2O 2. S2O32-+2H+=SO2↑+S↓+H2O
3. S22-+2H+=S↓+H2S↑ Sx2-+2H+=H2S↑+(X-1)S↓ 4. SnS32-+2H+=SnS2↓+H2S↑ 2AsS33-+6H+=As2S3↓+3H2S↑ 2AsS43-+6H+=As2S5↓+3H2S↑ 2SbS43-+6H+=Sb2S5↓+3H2S↑ 5. Mg2Si+4H+=2Mg2++SiH4(g)
6. MgB2+12H+=6Mg2++B4H10+8B+H2(g)↑ Fe2S3+4H+=2Fe2++S↓+H2S↑
八.非金属单质的碱歧化反应:
X2+2KOH=KX+KXO+H2O Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 2F2+2OH-=OF2+H2O+2F- 3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O
3S+6NaOH=2Na2S+Na2SO3+3H2O 4P+3NaOH+3H2O=3NaH2PO2+PH3↑
Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑(与金属铝、锌等类似) 2B+2NaOH+3KNO3(氧化剂)=2NaBO2+3KNO2+H2O
九.含氧酸盐热分解的自身氧化还原规律
含氧酸盐受热分解,如果有电子转移,而且这种转移是在含氧酸盐内部进行的话,就发生自身氧化还原反应,如:
2AgNO3=2Ag+2NO2↑+O2↑ 1.阴离子氧化阳离子反应
阴离子具有较强氧化性而阳离子又有较强还原性,如NH4NO3,(NH4)2Cr2O7等. NH4NO2=N2+2H2O(实验室制N2) NH4NO3=N2O+2H2O
(NH4)2Cr2O7 =Cr2O3+ N2+4H2O 2NH4ClO4= N2+Cl2+2O2+4H2O Mn(NO3)2=MnO2+2NO Hg2(NO3)2=2HgO+2NO2
这几个反应都是酸根将NH4+氧化成N2或将低价的具有还原性的Mn2+,Hg22+氧化成
MnO2和HgO
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2.阳离子氧化阴离子的反应
如果含氧酸盐中阳离子具有强氧化性,而阴离子具有强的还原性,则受热后可能在阴阳离子之间发生氧化还原反应。 AgNO2=Ag+NO2↑ Ag2SO3=2Ag+SO3↑ Ag2C2O4=2Ag+2CO2↑
这里是Ag+将NO2-、SO32-、C2O42-等离子氧化。又如 Ag2SO4=2Ag+SO2+O2↑ HgSO4=Hg+O2↑+SO2↑
在盐热分解较多见主要是Ag和Hg的含氧酸盐易发生这种反应。 3.阴离子自身氧化还原反应:
如果含氧酸盐中阳离子稳定,阴离子不稳定(ClO4-、NO3-、MnO4-),而且相应的酸性氧化物(Cl2O7、N2O5、Mn2O7)也不稳定时,则它们受热时,只能在阴离子内部不同元素之间发生电子的转移而使化合物分解,通常为阴离子自身氧化还原反应,分解时,通常有氧气放出
KClO4=KCl+2O2↑
KNO3=2KNO2+O2↑
4KMnO4=2K2MnO4+2MnO2+2O2↑ 4Na2Cr2O7=4Na2CrO4+2Cr2O3+3O2↑
碱金属的第五、七族的最高价含氧酸盐特别是多数卤素含氧酸盐,加热时通常按这种方式分解,由于CO2、SiO2、P2O5、O3等分子比较稳定,所以碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐等热分解时一般不放出氧气。
十.含氧酸盐热分解的歧化反应规律
这种类型热分解虽也属氧化还原反应,但其氧化还原反应是发生在同一元素上,结果使该元素的氧化数一部分变高,另一部分则变低,如NaClO、Na2SO3、Cu2SO4等。 1.阴离子的歧化反应: 具备三个条件 (1) 成酸元素的氧化态处于中间价态;
(2) 酸根阴离子必须是不稳定的,而且歧化后元素的价态是稳定的,例如ClO3-可歧化为Cl-和ClO4-;
(3) 含氧酸盐中阳离子必须稳定,它们都是碱金属和少数活泼的碱土金属离子等,如
3NaClO=2NaCl+NaClO3 4KClO3=KCl+3KClO4 4Na2SO3=Na2S+3Na2SO4
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其中Cl和S发生了歧化
应注意这三个条件必须同时具备,否则不发生这类反应,如亚硝酸钾和亚硝酸银中,氮原子处中间价态,但由于硝酸根不如亚硝酸根稳定,因此受热时不会发生这种类型的反应. 2.阳离子歧化反应
含氧酸盐中,若阳离子不稳定时,加热也可能发生歧化分解,如: Hg2CO3=HgO+Hg+CO2 Mn2(SO4)3=MnO2+MnSO4+2SO3 有的在水溶液中进行: 2Cu+(aq)=Cu2+(aq)+Cu
综上所述:在常见的含氧酸盐中磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐都比较稳定,它们在加热时不分解,但易脱水缩合为多酸盐;硝酸盐及卤酸盐不稳定,由于它们的酸根离子具有氧化性,因此加热这类盐会发生不同形式的氧化还原反应,随金属阳离子的不同产物各异,如硝酸盐的几种类型;碳酸盐和硫酸盐等居中,且硫酸盐的分解温度高于碳酸盐,一般含氧酸盐的酸式盐不如正盐稳定。
十一.金属元素高低价转化的规律
元素周期表中,除少数金属元素无变价外,其余均有变价。同一金属的多种不同价态在溶液中存在的形式不同,它们都以各自的最稳定状态而存在于溶液中。①处于低价态的金属离子一般以简单的阳离子形式存在于溶液中,如Pb2+、Mn2+、Fe2+、Bi3+、Cr3+等;②处于中间价态的金属元素大都以氧化物、氧酰离子或相应价态的酸根离子形式存在于溶液中,如MnO2、PbO+、CrO2-等;③处于高价态的金属元素常以复杂的含氧酸根形式存在,如MnO4-、BiO3-、CrO42-、FeO42-等。这主要是因为同一金属元素离子价态越高,半径就越小,离子电荷与半径的比值越大的离子,对水分子的极化力大。由于极化,使O-H键电子密度减少,易断键,结果,由水配位的金属离子转化为羟基配位的金属离子,进一步转化为氧配位的配合阴离子如MnO4-。如Mn7+←
金属元素高低价态离子间的相互转化过程,实际上就是氧化还原的过程。有些氧化还原过程常伴有介质参加,而且介质可影响氧化还原产物。因此水溶液中金属元素的高低价相互转化过程与介质的酸碱性有关,而且存在普遍规律:
1.由低价态化合物转化到高价态化合物,需在碱性介质中用氧化剂氧化低价态的离子,如:
Pb2+--PbO22------PbO2 Bi3+---Bi(OH)3--------NaBiO3 Cr3+----CrO2------CrO42-
Mn2+---Mn(OH)2-----MnO2-----MnO42- Fe2+--Fe(OH)2----Fe(OH)3----FeO42-
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