元素與無機化合物 - 高中化學科教學檔案 - 自然科檔案下載 - 國立中科實驗高級中學教學單位網站

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選修化學（下）

第6章 元素與無機化合物

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第 6章 元 素 與 無 機 化 合 物 6-1 非 金 屬 元 素 及 其 化 合 物 週 期 表 中 ， 非 金 屬 元 素 有 22個 。 除 氫 外 ， 皆 位 於 週 期 表 右 方 。 這 些 元 素 常 溫 時 呈 固 態 有 10種 ； 呈 液 態 僅 1種 ， 即 為 溴 ； 呈 氣 態 者 有 11種 。 非 金 屬 元 素 除 了 惰 性 氣 體 很 安 定 不 易 形 成 化 合 物 之 外 ， 其 餘 大 多 能 獲 得 電 子 而 成 陰 離 子 ， 或 形 成 共 價 化 合 物 。 非 金 屬 元 素 之 通 性 為 ， 多 無 金 屬 光 澤 、 質 地 較 脆 且 是 電 與 熱 的 不 良 導 體 。 6-1 .1 氫 氫 有 三 種 同 位 素11_HH、22_{HH（ deuterium， 亦 可 表 示 為 D） 和}33_{HH（ tritium， 亦 可 表} 示 為 T）， 其 化 學 性 質 相 同 。 氫 是 宇 宙 中 存 量 最 多 的 元 素 ， 太 空 中 大 部 分 星 球 的 主 要 組 成 是 氫 ， 例 如 太 陽 大 約 有 百 分 之 九 十 的 質 量 是 氫 。 在 地 球 上 ， 氫 亦 是 一 種 分 布 極 廣 的 元 素 ， 大 多 存 在 於 化 合 物 中 ， 如 構 成 生 物 的 物 質 、 醣 類 、 蛋 白 質 、 石 油 、 天 然 氣 、 水 、 酸 、 鹼 等 。 一 、 物 理 性 質 1. 在 室 溫 時 ， 為 無 色 、 無 味 、 無 臭 、 無 毒 的 氣 體 。 2. 氫 是 所 有 物 質 中 最 輕 者 ； STP 下 ， 密 度(D) = 0:08987 g L¡1 μ = 2 g 22:4 L ¶ (D) = 0:08987 g L¡1 μ = 2 g 22:4 L ¶ 。 3. 難 溶 於 水 ， 20 ℃ 時 ， 溶 解 度 為 2m L/ L水 ， 可 用 排 水 集 氣 法 收 集 之 。 4. 氫 之 沸 點 （¡¡252:5252:5℃ ， 難 液 化 ） 及 熔 點 甚 低 ， 沸 點 僅 比 氦 高 ， 極 難 液 化 。 二 、 化 學 性 質 1. 在 常 溫 時 ， 分 子 相 當 安 定 ， 但 在 高 溫 或 有 催 化 劑 存 在 時 ， 其 化 學 性 質 變 得 十 分 活 潑 。 2. 在 高 溫 高 壓 和 催 化 劑 存 在 時 ， 氫 會 和 非 金 屬 反 應 ： H_2(g)+ F_2(g)!2 HF_(g) H_2(g)+ F_2(g)!2 HF_(g) H_2(g)+ Cl_2(g)!2 HCl_(g) H_2(g)+ Cl_2(g)!2 HCl_(g) 3 H_2(g)+ N_2(g) !2 NH_3(g) 3 H_2(g)+ N_2(g) !2 NH_3(g) 3. 氫 可 與 活 性 金 屬 反 應 ， 生 成 金 屬 氫 化 物 ： 2 Na_(s)+ H_2(g)!2 NaH_(s) 2 Na_(s)+ H_2(g)!2 NaH_(s) Ca_(s)+ H_2(g)!CaH_2(s) Ca_(s)+ H_2(g)!CaH_2(s)

(1) 此 金 屬 氫 化 物 ， 氫 的 氧 化 數 為¡1¡1。 金 屬 氫 化 物 遇 水 很 不 安 定 ， 立 即 放 出 氫 氣 而 生 成 氫 氧 化 物 ， 故 具 有 很 強 的 還 原 力 。

CaH_2(s)+ H₂O_(l) ! Ca(OH)_2(aq)+ 2 H_2(g) CaH_2(s)+ H₂O_(l) ! Ca(OH)_2(aq)+ 2 H_2(g) 三 、 氫 的 製 備 1. 活 性 金 屬 (Zn、 Fe、 M g、 Al )與 稀 鹽 酸 或 稀 硫 酸 反 應 而 製 得 氫 氣 。 Zn_(s)+ 2 HCl_(aq) ! ZnCl_2(aq)+ H_2(g) Zn_(s)+ 2 HCl_(aq) ! ZnCl_2(aq)+ H_2(g) (1) HNO3氧 化 力 太 強 ， 與 金 屬 作 用 不 會 產 生 H2。 2. 高 溫 、 隔 絕 空 氣 下 ， 以 鎳 為 催 化 劑 ， 將 碳 氫 化 合 物 和 水 蒸 氣 反 應 製 得 氫 氣 和 一 氧 化 碳 的 混 合 氣 體 。 CH_4(g)+ H₂O_(g) ¡¡! CONi _(g)+ 3 H_2(g) CH_4(g)+ H₂O_(g) ¡¡! CONi _(g)+ 3 H_2(g) 3. 將 煤 焦 在 高 溫 時 與 水 蒸 氣 作 用 ， 生 成 氫 和 一 氧 化 碳 莫 耳 數 比 1 ： 1 的 混 合 氣 體 ， 這 種 混 合 氣 體 稱 為 水 煤 氣 。 C_(s)+ H₂O_(g) ! CO_(g)+ H_2(g) C_(s)+ H₂O_(g) ! CO_(g)+ H_2(g) (1) 工 業 法 純 化 氫 氣 ： a. 先 把 上 述 二 方 法 (2、3)所 產 生 的 混 合 氣 體 和 水 蒸 氣 通 過 催 化 劑（ 如 鐵 、 鎳 的 氧 化 物 ）， 將 一 氧 化 碳 變 成 二 氧 化 碳 ， 其 反 應 式 為 ： CO_(g)+ H₂O_(g) ! CO_2(g)+ H_2(g) CO_(g)+ H₂O_(g) ! CO_2(g)+ H_2(g) b. 再 把 氣 體 混 合 物 加 壓 通 過 冷 水 或 鹼 性 溶 液 ， 二 氧 化 碳 會 溶 於 其 中 ， 而 分 離 出 較 純 的 氫 氣 。 4. 電 解 法 (1) 在 水 中 加 入 少 量 硫 酸 或 氫 氧 化 鈉 增 加 其 導 電 度 ， 通 入 直 流 電 將 水 分 解 。 (2) 電 解 水 時，陰 極 產 生 氫 氣， 陽 極 產 生 氧 氣 ， 氫 氣、 氧 氣 的 體 積 比 為 2： 1 。 （ 假 設 在 純 水 中 加 入 硫 酸 幫 助 導 電 ） a. 陽 極 反 應 ：2 H_{2 H2}O_(l)! O_2(g)+ 4 H+_(aq)+ 4 e¡ 2O(l)! O2(g)+ 4 H + (aq)+ 4 e ¡ 陰 極 反 應 ：4 H+_(aq)+ 4 e¡ _{! 2 H} 2(g) 4 H+_(aq)+ 4 e¡ _{! 2 H} 2(g) 全 反 應 式 ：2 H2 H₂₂OO_((ll))! 2 H! 2 H_2(g)2(g)+ O+ O_2(g)2(g) b. 優 點 ： 此 法 製 得 的 氫 氣 純 度 較 高 。 缺 點 ： 耗 電 量 大 、 成 本 高 。 =================================================================================== [範 例 1]製 造 水 煤 氣 的 反 應 式 為：CC_(s)(s)+ H+ H₂₂OO_(g)(g) ! CO! CO_(g)(g)+ H+ H_2(g)2(g)，欲 製 得 STP下 之 水 煤 氣 112升 ， 則 需 純 度 60%的 煤 若 干 克 ？ 答 案 ： 50克 解 說 ： 根 據 反 應 式 ：CC_(s)(s)+ H+ H₂₂OO_(g)(g) ! CO! CO_(g)(g)+ H+ H_2(g)2(g)， 每 1莫 耳 的 C完 全 反 應 可 生 成 水 煤 氣 共 2莫 耳 （ 即 CO與 H2各 1莫 耳 ） C : (CO + H₂) = 1 : 2 ) W £ 60% 12 : 112 22:4 = 1 : 2 =) W = 50 (g) C : (CO + H₂) = 1 : 2 ) W £ 60% 12 : 112 22:4 = 1 : 2 =) W = 50 (g)

[範 例 2]下 列 何 者 不 能 產 生 H2？ (A) 電 解 食 鹽 水 (B) 鎂 加 冷 水 (C) 水 蒸 氣 通 過 灼 熱 的 煤 焦 (D) 氫 化 鈣 加 水 答 案 ： (B) 解 說 ： 鎂 帶 必 須 與 高 溫 熱 水 作 用 才 會 產 生 氫 氣 。 至 於 常 溫 下 能 與 冷 水 反 應 產 生 氫 氣 者 ， 必 須 是 活 性 極 大 的 金 屬 （I AI A 鹼 金 屬 與II AII A 族 的 鈣 、 鍶 、 鋇 ）。 --- [範 例 3]取 等 重 的 不 同 金 屬，則 下 列 反 應 何 組 產 生 的 氫 氣 最 多 ？（ 原 子 量：K = 39K = 39、 Mg = 24:3 Mg = 24:3、Al = 27:0Al = 27:0、Zn = 65:4Zn = 65:4）

(A) Mg + HClMg + HCl(aq)(aq) (B) AAl + NaOHl + NaOH(aq)(aq) (C) K + HK + H₂2OO(l)(l) (D) Zn + HZn + H22SOSO4(aq)4(aq)（ 稀 ） 答 案 ： (B) 解 說 ： (A) Mg + 2 HCMg + 2 HCl ! MgCll ! MgCl₂₂+ H+ H₂₂ 生 成H₂ = w 24:3 £ 1 (mol) H₂ = w 24:3 £ 1 (mol) (B) Al + OH¡_{+ 3 H} 2O! Al(OH) ¡ 4 + 3 2 H2 Al + OH¡_{+ 3 H} 2O! Al(OH) ¡ 4 + 3 2 H2 生 成H2 = w 27:0 £ 3 2 (mol) H₂ = w 27:0 £ 3 2 (mol) (C) K + H₂O ! KOH + 1 2H2 K + H₂O ! KOH + 1 2H2 生 成H2 = w 39 £ 1 2 (mol) H₂ = w 39 £ 1 2 (mol) (D) Zn + HZn + H₂₂SOSO₄₄ ! ZnSO! ZnSO₄₄+ H+ H₂₂ 生 成H₂ = w 65:4 £ 1 (mol) H₂ = w 65:4 £ 1 (mol) =================================================================================== 6-1 .2 碳 碳 為 第 14族（IV AIV A 族 ）元 素，其 電 子 組 態 為_1s1s22_2s2s22_2p2p22_{。在 自 然 界 中，碳 有}1212_CC、 13_C 13_{C 和}1414_{CC三 種 同 位 素 。} 碳 有 石 墨 、 鑽 石 和 C6 0等 主 要 的 同 素 異 形 體 。 一 、 石 墨 1. 石 墨 具 有 層 狀 結 構 ， 在 同 一 層 內 的 每 個 碳 原 子 以sp_sp22 _{混 成 軌 域 與 三 個 其 它 碳} 原 子 鍵 結 ， 而 形 成 同 平 面 的 六 角 形 網 形 結 構 ， 鍵 數 （ 鍵 級 ） 可 視 為11 3 11 3鍵 。 (1) 層 與 層 間 的 吸 引 力 （ 凡 得 瓦 力 ） 很 弱 ， 同 一 層 碳 原 子 可 在 另 一 層 碳 原 子 滑 動 ， 故 石 墨 可 作 潤 滑 劑 。 (2) C－ C鍵 長 為 0. 142 n m， 密 度 為 2.22 g/cm3。 2. 性 質 與 用 途 ： (1) 石 墨 具 p電 子 在 該 層 原 子 間 移 動 ， 故 為 電 與 熱 的 良 導 體 。 (2) 石 墨 具 有 導 電 性 ， 可 用 來 做 電 極 。 (3) 石 墨 與 黏 土 混 合 可 製 作 鉛 筆 心 。

(4) 石 墨 在 核 反 應 爐 可 作 中 子 的 減 速 劑 。 (5) 石 墨 做 成 的 碳 纖 維 ， 質 輕 強 韌 並 具 有 彈 性 ， 是 做 釣 魚 桿 、 運 動 器 材 的 良 好 材 料 。 二 、 鑽 石 （ 金 剛 石 ） 1. 結 構 ： 每 個 碳 原 子 共 價 鍵 結 合 另 外 四 個 碳 原 子 而 成 安 定 的 三 度 空 間 網 狀 固 體 。 C－ C鍵 長 為 0.154nm， 密 度 為 3.50g/cm3_。 2. 性 質 與 用 途 (1) 金 剛 石 為 網 狀 共 價 鍵 ， 其 鍵 結 很 強 ， 具 高 熔 點 (3 570 ℃ ) 及 高 硬 度 ， 其 硬 度 為 所 有 物 質 之 冠 。 (2) 為 無 色 透 明 固 體 ， 不 導 電 、 折 射 率 極 大 ， 琢 磨 成 多 面 體 ， 受 光 線 照 射 呈 耀 目 的 光 彩 。 (3) 鑽 石 折 射 率 很 大 ， 琢 磨 成 多 面 體 ， 即 可 為 飾 品 。 (4) 高 硬 度 在 工 業 上 可 當 切 割 器 ， 岩 石 上 鑽 井 。 三 、 芙 -60（ 富 勒 烯 ， C-60， 巴 克 球 ） 1. 發 現 ： 19 85 年 由 美 國 的 柯 爾 及 史 莫 利 與 英 國 的 柯 羅 托 三 位 教 授 合 作 研 究 ， 在 1996年 得 到 諾 貝 爾 獎 。 2. 結 構 ： (1) C-60是 一 個 像 足 球 狀 的 固 體 ， 有 12個 五 邊 形 和 20 個 六 邊 形 之 32 面 體 。 (2) 每 個 碳 與 另 外 三 個 碳 相 接 ， 與 石 墨 結 構 相 似 。 3. 製 備 ： 用 雷 射 光 照 射 石 墨 ， 激 發 出 碳 蒸 氣 ， 並 將 此 碳 蒸 氣 冷 凝 ， 發 現 並 確 認 許 多 含 偶 數 個 碳 原 子 簇 ， 如 C2 4、 C3 2、 C6 0、 C8 4、 C5 4 0、 C1 5 0 0… 等 分 子 。 4. 用 途 ： 可 作 催 化 劑 、 配 製 藥 物 、 製 造 光 電 器 材 。 四 、 碳 的 化 合 物 ～ 二 氧 化 碳 (CO2) 1. 製 備 ： (1) 實 驗 室 法 ： 碳 酸 鹽 與 酸 反 應 ， 例 如 大 理 石 （ 碳 酸 鈣 ） 與 鹽 酸 作 用 。 CaCO_3(s)+ 2 HCl_(aq) ! CO_2(g)+ CaCl_2(aq)+ H₂O_(l)

CaCO_3(s)+ 2 HCl_(aq) ! CO_2(g)+ CaCl_2(aq)+ H₂O_(l) (2) 工 業 法 ： 將 灰 石 在 高 溫 下 分 解 。

CaCO_3(s) ! CO_2(g)+ CaO_(s) CaCO_3(s) ! CO_2(g)+ CaO_(s) 2. 檢 驗 ：

(1) 限 量 C O2通 入 澄 清 石 灰 水 （ Ca(OH)2的 水 溶 液 ） 產 生 白 色 碳 酸 鈣 。 CO_2(g)+ Ca(OH)_2(aq) ! CaCO_3(s)+ H₂O_(l)

CO_2(g)+ Ca(OH)_2(aq) ! CaCO_3(s)+ H₂O_(l)

(2) 過 量 C O2則 沉 澱 溶 解 ， 溶 液 澄 清 ， 因 生 成 可 溶 性 的 碳 酸 氫 鈣 。 CaCO_3(s)+ CO_2(g)+ H₂O_(l) ! Ca(HCO₃)_2(aq)

CaCO_3(s)+ CO_2(g)+ H₂O_(l) ! Ca(HCO₃)_2(aq) 3. 性 質 與 用 途 ：

(1) 為 無 色 無 味 無 臭 的 氣 體 ， 通 常 是 加 壓 液 化 ， 放 入 鋼 筒 中 。 (2) 在 常 壓 下 ， 不 經 液 體 直 接 氣 化 成 氣 體 ， 這 種 現 象 叫 做 昇 華 。

(3) STP下 之 密 度 為 1. 96克 /升 ， 比 空 氣 重 ； 常 壓 下 比 氧 、 氮 易 於 水 。 (4) 不 可 燃 、 不 自 燃 、 不 助 燃 ， 比 空 氣 重 。 (5) 滅 火 劑 。 (6) 製 作 清 涼 飲 料 ： 汽 水 、 可 樂 均 在 高 壓 下 溶 入 二 氧 化 碳 的 氣 體 ， 打 開 瓶 蓋 後 ， 壓 力 驟 減 ， 而 冒 出 CO2氣 泡 。 (7) 冷 卻 劑 ： 乾 冰 與 丙 酮 之 混 合 物 ， 當 冷 卻 劑 可 降 至−78℃ 。 (8) 製 造 煙 霧 ： 乾 冰 無 毒 又 易 昇 華 並 產 生 煙 霧 。 五 、 碳 的 化 合 物 ～ 一 氧 化 碳 (CO) 1. 製 備 ： 工 業 上 利 用 水 煤 氣 法 可 以 製 造 。 C_(s)+ H₂O_(g) ! CO_(g)+ H_2(g) C_(s)+ H₂O_(g) ! CO_(g)+ H_2(g) 2. 來 源 ： (1) 自 然 界 ： 秋 天 樹 葉 凋 零 ， 葉 綠 素 分 解 就 會 產 生 大 量 的 CO。 (2) 人 為 因 素 ： 石 油 和 煤 的 不 完 全 燃 燒 。 3. 性 質 ： (1) 無 色 、 無 臭 的 氣 體 ， 有 劇 毒 。 (2) 比 氧 更 易 和 血 紅 素 結 合 ， 影 響 氧 的 運 送 而 引 起 窒 息 。 六 、 碳 酸 鹽 與 碳 酸 氫 鹽 的 比 較

1. 碳 酸 根 與 金 屬 離 子 結 合 後 形 成 碳 酸 鹽 ， 如 碳 酸 鈉(Na(Na₂₂COCO₃₃))、 碳 酸 鈣(CaCO(CaCO₃₃))。 碳 酸 氫 根 與 金 屬 離 子 結 合 後 形 成 酸 式 碳 酸 鹽，如 碳 酸 氫 鈉(NaHCO(NaHCO₃₃))、碳 酸 氫 鈣(Ca(HCO(Ca(HCO₃₃))₂₂))。 2. 碳 酸 鹽 與 酸 式 碳 酸 鹽 皆 可 與 酸 性 水 溶 液 反 應 ， 產 生 二 氧 化 碳 。 CO2¡_{3 (aq)}+ 2 H+ (aq) ! CO2(g)+ H2O(l) CO2¡_{3 (aq)}+ 2 H+ (aq) ! CO2(g)+ H2O(l)

HCO¡3 (aq)+ H+(aq)! CO2(g)+ H2O(l) HCO¡3 (aq)+ H+(aq)! CO2(g)+ H2O(l)

3. 一 般 而 言 ， 碳 酸 鹽 較 能 耐 高 溫 ， 酸 式 碳 酸 鹽 受 熱 易 分 解 。 碳 酸 鈉 可 承 受 極 高 溫 度 ， 851℃ 時 熔 化 ， 到 1600℃ 時 沸 騰 ； 而 碳 酸 氫 鈉 加 熱 到 70℃ 以 上 就 發 生 分 解 反 應 。 2 NaHCO_3(s)¡¡! Na¢ ₂CO_3(s)+ CO_2(g)+ H₂O(l) 2 NaHCO_3(s)¡¡! Na¢ ₂CO_3(s)+ CO_2(g)+ H₂O(l) =================================================================================== [ 範 例 4] 在 2010 年 ， 諾 貝 爾 獎 頒 給 發 現 及 開 創 研 究 石 墨 烯 的 科 學 家 ， 石 墨 烯 是 個 單 層 的 石 墨 。 下 列 有 關 石 墨 烯 的 敍 述 ， 哪 些 正 確 ？ （ 100指 考 ）（ 多 選 ） (A) 石 墨 烯 中 的 碳 具 有 s p2混 成 軌 域 (B) 石 墨 烯 與 石 墨 具 有 相 似 的 機 械 強 度 (C) 石 墨 烯 與 石 墨 具 有 相 似 的 不 透 明 黑 色 (D) 石 墨 烯 中 的 碳 － 碳 鍵 序 （ 鍵 數 ） 介 於 單 鍵 與 雙 鍵 之 間 (E) 石 墨 烯 只 具 有 單 原 子 層 ， 所 以 是 不 導 電 的 分 子 答 案 ： (AD)

解 說 ： (B) (C) 石 墨 是 黑 色 不 透 明 固 體；石 墨 烯 透 明 且 柔 軟，具 彎 曲 變 形 的 性 質 。 (E) 石 墨 烯 電 阻 極 低 ， 是 非 常 好 的 導 體 。 --- [範 例 5]下 列 有 關 二 氧 化 碳 的 敘 述 ， 何 者 錯 誤 ？ (A) 乾 冰 是 固 態 的 二 氧 化 碳 (B) 乾 冰 在 常 溫 常 壓 下 直 接 昇 華 變 成 氣 體 (C) 物 質 有 固 、 液 、 氣 三 態 ， 但 對 二 氧 化 碳 而 言 ， 物 質 有 三 態 是 不 成 立 的 (D) 二 氧 化 碳 可 能 產 生 溫 室 效 應 答 案 ： (C) --- [範 例 6]下 列 對 於 碳 的 氧 化 物 之 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) CO2 ( g )能 吸 收 紫 外 光 ， 造 成 溫 室 效 應 (B) 將 灰 石 強 熱 可 製 取 C O2 (C) CO( g )有 毒 性 ， 但 無 色 、 無 臭 ， 不 易 察 覺 (D) 從 水 煤 氣 中 可 以 分 離 出 C O( g ) (E) CO( g )能 溶 於 水 而 呈 酸 性 答 案 ： (BCD) 解 說 ： (A) 溫 室 效 應 的 因 素 之 一 是 CO2 ( g )能 吸 收 紅 外 光 。 (E) CO( g )難 溶 於 水 。 =================================================================================== 6-1 .3 矽 矽 為 第 3週 期 第 14族 （IV AIV A 族 ） 元 素 ， 電 子 組 態 為1s_1s22_2s2s22_2p2p66_3s3s22_3p3p22_{。 是 地 殼 中} 含 量 僅 次 於 氧 的 元 素 ， 佔 地 殼 總 質 量 的 28.15%， 為 岩 石 礦 物 及 砂 的 主 要 成 分 。 一 、 矽 的 製 備 與 性 質 1. 製 備 ： (1) 工 業 上 將 石 墨 和 白 砂 混 合 ， 在 電 爐 中 反 應 。 2(s) (s) (s) (g ) SiO +2C →Si +2CO (2) 高 純 度 的 矽 還 要 經 過 帶 域 熔 化 過 程 的 精 製 程 序 ， 使 其 純 度 高 達 99.9 999 %， 以 供 半 導 體 工 業 使 用 。 2. 性 質 與 用 途 ： (1) 元 素 矽 ， 形 成 三 度 空 間 網 狀 固 體 ， 類 似 金 剛 石 。 硬 度 大 、 熔 點 高 ， 均 為 第 三 週 期 元 素 之 冠 。 (2) 為 灰 黑 色 具 金 屬 光 澤 的 晶 體 ， 矽 晶 的 導 電 性 在 金 屬 與 絕 緣 體 之 間 ， 即 為 半 導 體 。 (3) 在 常 溫 下 ， 矽 相 當 安 定 ， 它 只 與 氟 發 生 激 烈 的 反 應 而 生 成 四 氟 化 矽 。 (s) 2(g) 4(g) Si +2F →SiF

(4) 但 在 高 溫 下 則 可 與 其 他 鹵 族 元 素 反 應 ， 與 氧 則 產 生 晶 狀 的 二 氧 化 矽 。 (s) 2(g) 2(s) Si +O →SiO (5) 在 高 純 度 的 矽 中，摻 雜 少 量 電 子 受 體 或 電 子 予 體，是 最 基 本 的 電 子 組 件 。 a. p型 半 導 體 ：矽 中 摻 雜 少 量 電 子 受 體 ， 如 第 13 族（III AIII A 族 ）的 B、 G a 等 ， 由 於 其 價 電 子 較 矽 少 1個 ， 故 與 矽 結 合 時 ， 形 成 電 洞 。 b. n型 半 導 體 ： 矽 中 摻 雜 少 量 電 子 予 體 ， 如 第 1 5 族（V AV A 族 ）的 P、 As 等 ， 由 於 其 價 電 子 較 矽 多 1個 ， 故 與 矽 結 合 時 ， 形 成 自 由 電 子 。 二 、 矽 的 化 合 物 自 然 界 的 矽 化 合 物 以 各 種 矽 酸 鹽 結 構 存 在 於 礦 物 中 ， 其 基 本 結 構 4 4 SiO − （ 正 矽 酸 根 離 子 ） 藉 氧 原 子 共 用 的 Si－ O－ Si鍵 ， 可 串 接 成 鏈 、 環 、 片 或 三 度 空 間 的 組 合 。 1. 純 粹 的 二 氧 化 矽 以 水 晶 及 石 英 方 式 存 在 ， 砂 為 含 雜 質 的 二 氧 化 矽 。 2. 水 晶 與 石 英 都 很 硬 ， 熔 點 亦 很 高 （ 水 晶 熔 點 約 15 50 ℃ ）。 3. 在 高 溫 熔 化 二 氧 化 矽 ， 急 速 冷 卻 時 變 為 石 英 玻 璃 。 石 英 玻 璃 加 熱 時 的 膨 脹 係 數 很 小 ， 因 此 作 為 耐 熱 玻 璃 使 用 。 4. SiO2可 溶 於 氫 氟 酸 。 5. 高 純 度 的 石 英 玻 璃 可 拉 長 成 纖 維 狀 ， 稱 為 光 纖 維 。 6. 二 氧 化 矽 是 極 弱 的 酸 性 氧 化 物 ， 可 緩 慢 的 溶 解 在 強 鹼 中 。 7. 將 矽 砂 與 氫 氧 化 鈉 共 熱，可 得 一 系 列 的 矽 酸 鈉 混 合 物，通 常 以NaNa₂₂O ¢ x SiOO ¢ x SiO₂₂表 示 ， 可 溶 於 水 中 ， 俗 稱 水 玻 璃 。 (1) 水 玻 璃 加 酸 時，可 得 膠 凍 狀 半 透 明 矽 酸 (H2SiO3)。將 矽 酸 乾 燥 脫 水 所 成 的 粒 狀 固 體 稱 為 矽 膠 。 =================================================================================== [範 例 7]玻 璃 容 器 不 適 合 長 時 間 盛 裝 下 列 何 種 液 體 ？ （ 多 選 ） (A) 濃 硝 酸 (B) 濃 硫 酸 (C) 濃 鹽 酸 (D) 濃 氫 氧 化 鈉 (E) 氫 氟 酸 答 案 ： (DE) 解 說 ： (D) 二 氧 化 矽 是 極 弱 的 酸 性 氧 化 物 ， 可 緩 慢 的 溶 解 在 強 鹼 中 。

xSiO_2(s)+ 2 NaOH_(aq) ! Na₂O ¢ x SiO_2(aq)+ H₂O_(l)

xSiO_2(s)+ 2 NaOH_(aq) ! Na₂O ¢ x SiO_2(aq)+ H₂O_(l) (E) 玻 璃 中 的 矽 酸 鹽 會 與 氫 氟 酸 反 應 。

SiO_2(s)+ 4 HF_(aq)! SiF_4(g)+ 2 H₂O_(l) SiO_2(s)+ 4 HF_(aq)! SiF_4(g)+ 2 H₂O_(l)

O 原 子 Si 原 子 − 4 4 SiO

[範 例 8]有 關 碳 和 矽 晶 體 或 化 合 物 之 比 較 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) CO、 CO2、 SiO2皆 為 分 子 式

(B) SiO2中 ， 矽 原 子 與 氧 原 子 以 單 鍵 結 合 (C) 石 英 、 冰 晶 石 中 皆 含 有 矽 (D) 在 常 溫 下 ， 矽 相 當 安 定 ， 不 會 與 任 何 元 素 發 生 反 應 (E) 純 矽 中 加 入 磷 （ 少 量 ） 可 製 成 n 型 半 導 體 答 案 ： (BE) 解 說 ： (A) SiO2為 三 度 空 間 共 價 網 狀 固 體 ， 其 化 學 式 為 實 驗 式 （ 簡 式 ）。

xSiO_2(s)+ 2 NaOH_(aq) ! Na₂O ¢ x SiO_2(aq)+ H₂O_(l)

xSiO_2(s)+ 2 NaOH_(aq) ! Na₂O ¢ x SiO_2(aq)+ H₂O_(l)

(C) 冰 晶 石 為NaNa₃₃AlFAlF₆₆（ 電 解 製 鋁 時 ， 加 入 的 助 熔 劑 ）， 不 含 Si元 素 。 (D) 常 溫 下 ， 矽 相 當 安 定 ， 但 會 與 氟 發 生 激 烈 的 反 應 而 生 成 四 氟 化 矽 。 Si_(s)+ 2 F_2(g)! SiF_4(g) Si_(s)+ 2 F_2(g)! SiF_4(g) =================================================================================== 6-1 .4 氮 氮 (7N)為 週 期 表 第 15 族 （V AV A 族 ）， 其 電 子 組 態 為1s1s222s2s222p2p33， 其 氧 化 數 最 低 為 −3、 最 高 為 +5。 一 、 氮 的 製 備 與 性 質 1. 氮 分 子 中 具 有 參 鍵 ， 鍵 能 高 達941 kJ mol_{941 kJ mol}¡1¡1_{， 是 無 色 無 味 的 氣 體 ， 空 氣 中 氮 的} 體 積 佔 78%。 2. 工 業 上 從 液 態 空 氣 分 餾 而 得 ， 氮 的 沸 點 較 低 ， 因 此 氮 先 氣 化 。 3. 實 驗 室 製 備 方 法 ： 加 熱 亞 硝 酸 鈉 與 氯 化 銨 的 混 合 物 。 NaNO_2(s)+ NH₄Cl_(s) ! N_2(g)+ NaCl_(s)+ 2 H₂O_(l) NaNO_2(s)+ NH₄Cl_(s) ! N_2(g)+ NaCl_(s)+ 2 H₂O_(l) 4. 常 溫 下 氮 氣 化 性 極 不 活 潑 ， 僅 在 高 溫 下 與 氧 反 應 生 成 一 氧 化 氮 ， 或 與 活 性 金 屬 （ 如 鋰 、 鎂 ） 反 應 生 成 金 屬 氮 化 物 。 N_2(g)+ O_2(g) ! 2 NO_(g) N_2(g)+ O_2(g) ! 2 NO_(g) 6 Li_(s)+ N_2(g)! 2 Li₃N_(s) 6 Li_(s)+ N_2(g)! 2 Li₃N_(s) 3 Mg_(s)+ N_2(g)! Mg₃N_2(s) 3 Mg_(s)+ N_2(g)! Mg₃N_2(s) 5. 性 質 與 用 途 ： (1) 對 水 溶 解 度 極 小 ， 不 可 燃 亦 不 助 燃 ， 其 化 學 性 質 不 活 潑 。 (2) 用 於 密 閉 容 器 或 袋 中 的 充 填 氣 ， 保 持 食 品 的 新 鮮 或 防 止 氧 化 。 (3) 液 態 氮 溫 度 低 ， 可 以 作 為 冷 劑 。 (4) 化 學 工 業 上 製 造 氨 、 硝 酸 及 氮 肥 的 原 料 。 二 、 氧 化 態−3的 氮 化 合 物 （ 金 屬 氮 化 物 與 氨 ） 1. 高 溫 下 ， 氮 與 鋰 、 鎂 反 應 生 成 白 色 氮 化 鋰 ( Li3N) 、 黃 色 氮 化 鎂 (Mg3N2) 。 金 屬 氮 化 物 遇 水 產 生 氨 氣 ， 可 使 潮 濕 的 石 蕊 試 紙 變 藍 色 。 3 2(s) 2 (l) 2(s) 3(g) Mg N +6H O →3Mg(OH) +2NH

2. 氨 (NH3)： (1) 製 備 ： 實 驗 室 中 將 ， 銨 鹽 與 強 鹼 共 熱 製 得 。 2 NH₄Cl_(s)+ Ca(OH)_2(s) ! CaCl_2(s)+ 2 NH_3(g)+ 2 H₂O_(l) 2 NH₄Cl_(s)+ Ca(OH)_2(s) ! CaCl_2(s)+ 2 NH_3(g)+ 2 H₂O_(l) (2) 工 業 法 ： 即 哈 柏 法 製 氨 ， 在 高 溫 (500 ℃ )、 高 壓 (20 0at m) 下 ， 以 鐵 粉 作 催 化 劑 ， 將 氮 與 氫 直 接 化 合 成 氨 。 N_2(g)+ 3 H_2(g)¡¡! 2 NHFe _3(g) ¢H = ¡22 kcal N_2(g)+ 3 H_2(g)¡¡! 2 NHFe _3(g) ¢H = ¡22 kcal (3) 性 質 與 用 途 ： a. 常 溫 時 為 無 色 、 有 刺 激 臭 的 氣 體 。 b. 易 溶 於 水 ， 水 溶 液 呈 弱 鹼 性 。 c. 製 造 硫 酸 銨 、 磷 酸 銨 及 尿 素 (NH2C ONH2)等 化 學 肥 料 。 d. 製 造 硝 酸 、 耐 綸 、 塑 膠 、 染 料 、 清 潔 劑 等 化 工 產 品 。 三 、 氮 的 氧 化 物 1. 氮 的 氧 化 物 主 要 是 N2O、 NO及 NO2。 2. 一 氧 化 氮 是 無 色 有 毒 氣 體 ， 自 然 界 中 NO主 要 來 源 是 空 氣 ， 閃 電 使 氮 氣 與 氧 氣 反 應 產 生 NO， 汽 機 車 的 內 燃 機 也 會 製 造 含 NO的 廢 氣 。 N_2(g)+ O_2(g) ! 2 NO_(g) N_2(g)+ O_2(g) ! 2 NO_(g) 3. NO具 有 奇 數 的 電 子 ， 化 性 非 常 活 潑 ， 遇 空 氣 立 刻 被 氧 化 成 紅 棕 色 NO2， 二 氧 化 氮 有 劇 毒 性 。 二 氧 化 氮 也 具 奇 數 電 子 ， 兩 個 二 氧 化 氮 結 合 成 無 色 的 N2O4。 2 NO_(g)+ O_2(g)! 2 NO_2(g) 2 NO_(g)+ O_2(g)! 2 NO_2(g) 2(g) 2 4(g) 2NO →N O 4. 一 氧 化 氮 與 二 氧 化 氮 均 為 氮 氧 化 物 (NOx)， 都 是 空 氣 污 染 物 ， 是 光 煙 霧 的 主 要 成 分 ， 擴 散 到 高 空 會 破 壞 臭 氧 層 。 2(g) (g ) 2(g) 2NO ⎯⎯⎯⎯陽 光照射→2NO +O (g) 3(g ) 2(g) 2(g) NO +O →NO +O 四 、 氧 化 態 為 +5的 氮 化 合 物 （ 硝 酸 ） 1. 製 備 ： 工 業 上 將 氨 氧 化 製 得 ， 稱 為 奧 士 華 法 。 (1) 此 反 應 可 由 三 步 驟 表 示 ： Pt Rh 3(g) 2(g) (g) 2 ( ) 4NH +5O ⎯⎯⎯→− 4NO +6H O_l (g) 2(g) 2(g) 2NO +O →2NO 2(g) 2 ( ) 3(aq) (g) 3NO +H Ol →2HNO +NO （ 產 生 的 一 氧 化 氮 ， 可 回 收 重 複 使 用 ） (2) 奧 士 華 法 總 反 應 式 ： NH_3(g)+2O_2(g)→HNO_3(aq)+H O_{2 ( )l} 2. 實 驗 室 中 將 硝 酸 鹽 與 濃 硫 酸 共 熱 ， 硝 酸 揮 發 而 出 。 3 2 4 4 3

KNO +H SO →KHSO +HNO 3. 性 質 與 用 途 ：

(1) 為 無 色 、 有 刺 激 性 氣 味 的 發 煙 液 體 ， 沸 點 78.2℃ ， 比 重 1.42， 濃 硝 酸 含 有 70% HNO3。

(2) 在 陽 光 照 射 下 ， 會 分 解 產 生 棕 色 氣 體 的 NO2， 其 反 應 式 為 ： 3(aq) 2(g) 2(g ) 2 ( ) 4HNO →4NO +O +2H O_l 放 置 過 久 的 硝 酸 常 呈 現 褐 （ 紅 棕 ） 色 ， 就 是 由 於 含 有 NO2之 故 ， 故 使 用 深 色 瓶 裝 校 酸 。 (3) 皮 膚 沾 到 硝 酸 會 變 黃 色 ， 因 硝 酸 與 皮 膚 內 的 蛋 白 質 結 合 成 黃 蛋 白 。 (4) 硝 酸 為 強 酸 且 為 強 氧 化 劑 ， 除 了 貴 重 金 屬 （ 如 鉑 或 金 ） 之 外 ， 幾 乎 所 有 金 屬 都 會 被 硝 酸 氧 化 。 a. 銅 與 稀 硝 酸 加 熱 產 生 一 氧 化 氮 ， 與 濃 硝 酸 反 應 生 成 二 氧 化 氮 。 b. 強 還 原 劑 鋅 與 很 稀 的 硝 酸 反 應 產 生 硝 酸 銨 。

(s) 3(aq) 3 2(aq) 4 3(aq) 2 ( )

4Zn +10HNO →4Zn(NO ) +NH NO +3H O_l

c. 體 積 比1： 3 的 濃 硝 酸 與 濃 鹽 酸 混 合 溶 液 ， 俗 稱 王 水 ， 可 以 溶 解 金 、 鉑 等 貴 重 金 屬 。

(s) (aq) (aq) 3(aq) 4(aq) (g) 2 ( )

Au +4H+ +4Cl− +NO− →AuCl− +NO +2H O_l (5) 硝 酸 主 要 用 途 為 製 造 氮 肥 、 炸 藥 、 染 料 、 耐 綸 等 。 =================================================================================== [ 範 例 9] 將 0.1 莫 耳 的 氮 與 足 量 的 金 屬 鎂 在 300 ～ 700 ℃ 下 完 全 作 用 後 的 產 物 溶 解 於 下 配 成 1升 的 溶 液 ： (1)試 寫 出 氮 與 鎂 作 用 的 反 應 方 程 式 。 (2)試 寫 出 (1)的 產 物 溶 解 於 水 時 的 反 應 方 程 式 。 (3)要 使 此 溶 液 中 和 需 要 1.0M鹽 酸 多 少 升 ？ 解 說 ： (1) 3 Mg3 Mg_(s)(s)+ N+ N_2(g)2(g)! Mg! Mg₃₃NN_2(s)2(s) (2) MgMg₃₃NN_2(s)2(s)+ 6 H+ 6 H₂₂OO_((l)l) ! 3 Mg(OH)! 3 Mg(OH)_2(s)2(s)+ 2 NH+ 2 NH_3(g)3(g) (3) 根 據 反 應 式 (1)可 知 ， 0.1莫 耳 的 N2完 全 作 用 可 生 成 0.1莫 耳 的 Mg3N2。 根 據 反 應 式 (2)知 ， Mg3N2相 當 於 八 元 鹼 （ 3個 二 元 鹼 Mg(OH)3及 2個 一 元 鹼 NH3）。 酸 的 莫 耳 數£n£n_AA ==鹼 的 莫 耳 數£n£n_BB (1:0 £ V ) £ 1:0 = 0:1 £ 8 ) V = 0:8 (L) (1:0 £ V ) £ 1:0 = 0:1 £ 8 ) V = 0:8 (L) --- [範 例 10]下 列 有 關 氮 的 化 合 物 之 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 硝 酸 原 為 無 色 ， 但 放 置 過 久 的 硝 酸 常 呈 現 褐 色 ， 是 因 為 分 解 出 NO2的 緣 故 (B) 奧 士 華 法 製 硝 酸 的 原 料 是 NH3及 O2 (C) 鋅 與 稀 硝 酸 反 應 ， 會 產 生 NO (D) 硝 酸 可 溶 解 銅 、 銀 ， 卻 無 法 和 金 、 鉑 反 應 (E) 硝 酸 可 作 為 過 錳 酸 鉀 滴 定 時 酸 的 來 源 答 案 ： (ABD) 解 說 ： (C) 稀 硝 酸 的 還 原 產 物 是NHNH+₄+₄， (E) 硝 酸 具 氧 化 力 ， 會 影 響 滴 定 結 果 。

6-1.5 氧

第 16族 （VI AVI A 族 ） 元 素 包 括 氧(8O)、 硫 (1 6S)、 硒 (S e)、 碲 (Te)、 釙 (P o)， 價 電

子 組 態 為ns_ns22_npnp44_{， 因 此 可 獲 得 兩 個 電 子 形 成 負 二 陰 離 子 ， 或 形 成 兩 個 共 價 鍵 。 其} 氧 化 數 最 低 為−2、 最 高 為 +6。 氧 是 地 殼 含 量 最 多 的 元 素 ， 有1616_OO、1717_{OO 和}1818_{OO 三 種 同 位 素 。} 一 、 氧 氣(O(O₂₂)) 1. 大 氣 中 的 氧 氣 ， 幾 乎 都 來 自 綠 色 植 物 在 陽 光 下 的 光 合 作 用 。 2. 氧 有 氧 (O2)及 臭 氧 (O3)兩 種 同 素 異 形 體 。 大 氣 中 對 流 層 的 氧 氣 ， 幾 乎 都 由 雙 原 子 分 子 (O2)組 成。平 流 層 也 稱 臭 氧 層，其 中 氧 元 素 主 要 以 臭 氧 和 單 原 子 氧 (O)的 形 態 存 在 。 臭 氧 層 的 臭 氧 吸 收 太 陽 光 的 紫 外 線 而 分 解 ， 因 而 大 量 降 低 地 表 的 紫 外 線 輻 射 量 。 3. 氧 微 溶 於 水 ， 在 20℃ 、 1atm時 100毫 升 水 可 溶 解 約 3毫 升 氧 氣 。 4. 氧 氣 的 製 備 ： (1) 工 業 製 備 ： 液 態 空 氣 分 餾 ， 分 餾 時 氮 氣 先 蒸 發 ， 而 留 下 氧 。 (2) 實 驗 室 製 法 ： 用 二 氧 化 錳 作 催 化 劑 ， 加 熱 分 解 氯 酸 鉀 製 造 氧 氣 ， 並 以 排 水 集 氣 法 收 集 。 2 KClO_3(s) MnO2 ¡¡¡¡! 2 KCl_(s)+ 3 O_2(g) 2 KClO_3(s) MnO2 ¡¡¡¡! 2 KCl_(s)+ 3 O_2(g) 5. 自 然 界 常 見 的 氧 化 劑 ， 化 性 極 為 活 潑 ， 常 見 的 氧 化 態 主 要 有 0及−2。 但 過 氧 化 氫 H2O2、 過 氧 化 鈉 Na2O2， 其 中 氧 的 氧 化 數 為−1。 6. 除 了 惰 性 氣 體 及 不 活 潑 的 貴 重 金 屬 （ 金 、 鉑 、 銀 ） 外 ， 大 部 分 元 素 皆 能 與 氧 化 合 。 一 般 而 言 ， 大 部 分 非 金 屬 氧 化 物 溶 於 水 呈 酸 性 ； 金 屬 氧 化 物 大 部 分 是 離 子 化 合 物 ， 溶 於 水 呈 鹼 性 。 二 、 臭 氧(O(O₃₃)) 1. 是 氧 的 同 素 異 形 體 ， 具 有 高 毒 性 ， 可 利 用 氧 氣 通 過 高 壓 放 電 管 製 得 。 2. 具 共 振 結 構 ， 其O ¡ OO ¡ O 鍵 的 鍵 數（ 鍵 級 ）為11 2 11 2 鍵 。 中 心 氧 原 子 的 混 成 軌 域 為 sp2， 因 具 有 一 對 孤 對 電 子 使 其 鍵 角 為117₁₁₇±±_{（ 略 小 於120120}±±_）。 : : : : :

Ð

Ð

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O_3(g)+ 6 KI_(aq)+ 3 H₂O_(l)! 3 I_2(aq)+ 6 KOH_(aq) O_3(g)+ 6 KI_(aq)+ 3 H₂O_(l)! 3 I_2(aq)+ 6 KOH_(aq)

4. 大 氣 臭 氧 層 中 的 臭 氧 分 子 可 保 護 地 球 ， 使 生 物 不 受 大 量 紫 外 光 的 危 害 。 臭 氧 吸 收 紫 外 光 的 反 應 機 制 ：

O_3(g)¡¡! Ohº _2(g)+ O_(g)

[範 例 11]臭 氧 為 極 性 分 子 ， 下 列 有 關 臭 氧 與 氧 氣 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ (A) 臭 氧 與 氧 氣 分 子 均 為 直 線 形 (B) 臭 氧 的 正 常 沸 點 低 於 氧 氣 的 正 常 沸 點 (C) 在 氣 態 時 ， 同 溫 、 同 壓 下 ， 臭 氧 的 比 重 大 於 氧 氣 的 比 重 (D) 臭 氧 與 氧 氣 均 可 使 碘 化 鉀 － 澱 粉 試 紙 變 為 深 藍 色 (E) 臭 氧 是 氧 的 同 位 素 答 案 ： (C) 解 說 ： (A) 臭 氧(O(O₃₃)) 為 彎 曲 形 分 子 ， 氧 氣(O(O₂₂)) 為 直 線 形 分 子 。 (B) 分 子 量OO₃₃ > O> O₂₂， 且 臭 氧 是 極 性 分 子 ， 故 沸 點OO₃₃ > O> O₂₂。 (C) 根 據PM = dRTPM = dRT， 同 溫 、 同 壓 下 ，d / Md / M， 故 分 子 量 大 者(O(O₃₃ >>OO₂₂))， 密 度 （ 比 重 ） 也 較 大 。 (D) 僅 臭 氧 可 使 碘 化 鉀 － 澱 粉 試 紙 變 為 深 藍 色 。 (E) 臭 氧 與 氧 氣 互 為 同 素 異 形 體 。 =================================================================================== 6-1.6 氯

鹵 素 為 週 期 表 第 17族 （VII AVII A 族 ） 元 素 ， 包 括 氟(F)、 氯 (Cl)、 溴 (Br)、 碘 (I)、 砈 (At)等 五 元 素 。 其 中 砈 具 有 放 射 性 ， 在 自 然 界 的 存 在 量 極 為 稀 少 。 氯 為 第 3週 期 第 17族 ， 其 電 子 組 態 為1s_1s22_2s2s22_2p2p66_3s3s22_3p3p55_{， 易 獲 得 1個 電 子 而 形 成} 八 隅 體 組 態 的 陰 離 子 。 一 、 氯 的 製 備 與 性 質 1. 工 業 製 法 ： 電 解 濃 食 鹽 水 。 (aq) 2 2(g ) (aq) 2(g) 2NaCl +2H O→H +2NaOH +Cl 陰 極 陽 極 2. 實 驗 室 製 法 ： (1) 鹽 酸 與 二 氧 化 錳 反 應 。 2(s) (aq ) 2(aq) 2(g) 2 MnO +4HCl →MnCl +Cl +2H O (2) 在 稀 硫 酸 中 以 過 錳 酸 鉀 將 食 鹽 氧 化 。 2 4 2 2 2MnO−+16H++10Cl−→2Mn ++5Cl +8H O 3. 氯 與 水 發 生 自 身 氧 化 還 原 反 應 ， 生 成 的 次 氯 酸 為 很 強 的 氧 化 劑 ， 具 有 漂 白 作 用 。

2(g) 2 ( ) (aq) (aq) (aq)

Cl +H O_l →HC Ol +H+ +Cl−

4. 製 造 有 機 氯 化 合 物，如 聚 氯 乙 烯（ P VC塑 膠 ），製 HCl、NaClO等 含 氯 化 學 品 。 5. 作 漂 白 劑 、 殺 菌 劑 。

二 、 鹽 酸 （ 氯 化 氫 的 水 溶 液 ）

1. 實 驗 室 中 由 氯 化 鈉 與 濃 硫 酸 加 熱 製 得 。 NaCl_(s)+ H₂SO_4(aq) ! NaHSO_4(aq)+ HCl_(g)

2. 胃 酸 的 成 分 是 鹽 酸 ， 用 來 維 持 胃 部 酸 性 環 境 。 三 、 氯 的 含 氧 酸 （ 均 為 單 質 子 酸 ）

酸 性 強 弱 ： 次 氯 酸 ＜ 亞 氯 酸 ＜ 氯 酸 ＜ 過 氯 酸 。 穩 定 性 ： 次 氯 酸 ＜ 亞 氯 酸 ＜ 氯 酸 ＜ 過 氯 酸 。 1. 次 氯 酸(HClO)(HClO)

(1) 製 備 ：ClCl_2(g)2(g)+ H+ H₂₂OO_(l)(l)Ð HClÐ HCl_(aq)(aq)+ HClO+ HClO_(aq)(aq)

(2) 用 途 ： 次 氯 酸 及 次 氯 酸 鹽 均 是 強 氧 化 劑 ， 可 作 為 漂 白 劑 。 2. 亞 氯 酸(HClO(HClO₂₂))

(1) 製 備 ：2 ClO2 ClO_2(g)2(g)+ H+ H₂₂OO_(l)(l)Ð HClOÐ HClO_2(aq)2(aq)+ HClO+ HClO_(aq)(aq) (2) 用 途 ： 亞 氯 酸 是 強 氧 化 劑 ， 可 作 為 漂 白 劑 。 3. 氯 酸(HClO(HClO₃₃))

(1) 製 備 ：Ba(ClOBa(ClO₃₃))_2(aq)2(aq)+ H+ H₂₂SOSO_4(aq)4(aq) Ð BaSOÐ BaSO_4(s)4(s)+ 2 HClO+ 2 HClO_3(aq)3(aq)

(2) 用 途：氯 酸 鉀 是 強 氧 化 劑，用 來 製 造 火 藥、煙 火；是 實 驗 室 製 氧 的 原 料 。 2 KClO_3(s) MnO2 ¡¡¡¡! 2 KCl_(s)+ 3 O_2(g) 2 KClO_3(s) MnO2 ¡¡¡¡! 2 KCl_(s)+ 3 O_2(g) 4. 過 氯 酸(HClO(HClO₄₄))

(1) 製 備 ：KClOKClO_4(s)4(s)+ H+ H₂₂SOSO_4(aq)4(aq) Ð KHSOÐ KHSO_4(aq)4(aq)+ HClO+ HClO_4(aq)4(aq)

(2) 用 途：過 氯 酸 的 酸 性 最 強，過 氯 酸 鹽 可 作 為 炸 藥 或 火 箭 燃 料；Mg(ClOMg(ClO₄₄))₂₂可 作 為 乾 燥 劑 。

四 、 其 他 鹵 素 （ 溴 和 碘 ）

1. 製 備 ：ClCl_2(g)2(g)+ 2 X+ 2 X¡_(aq) ! X2+ 2 Cl(aq)¡

¡

(aq) ! X2+ 2 Cl(aq)¡ （ X為 Br、 I）

2. 用 途 ： AgBr可 作 為 感 光 劑 ； 碘 則 作 為 醫 藥 用 的 消 毒 劑 和 預 防 甲 狀 腺 腫 大 。 AgBr_(s) ¡¡! Aghº _(s)+ 1 2 Br2(l) AgBr_(s) ¡¡! Aghº _(s)+ 1 2 Br2(l) =================================================================================== [範 例 12]有 關 鹵 素 的 性 質 哪 一 項 不 正 確 ？ (A) 鹵 素 都 具 有 毒 性 (B) 原 子 序 愈 大 的 ， 熔 點 也 愈 高 (C) 原 子 序 愈 大 的 ， 其 原 子 量 也 愈 大 (D) 原 子 序 愈 大 的 ， 其 活 性 也 愈 大 答 案 ： (D) 解 說 ： 鹵 素 性 質 比 較 （ 重 要 ） (1) 常 溫 時 ， 氟 為 淡 黃 色 氣 體 、 氯 為 黃 綠 色 氣 體 、 溴 為 暗 紅 （ 紅 棕 ） 色 液 體 、 碘 為 黑 紫 色 晶 體 。 (2) 分 子 間 作 用 力 很 小 ， 故 熔 點 、 沸 點 均 較 低 ， 隨 分 子 量 增 加 而 升 高 ， 熔 點 (mp)、 沸 點 (bp)： I2＞ Br2＞ Cl2＞ F2。 (3) 化 學 活 性：F2＞ Cl2＞ Br2＞ I2，其 中 氟 是 最 活 潑 的 非 金 屬 元 素。鹵 素 均 具 有 氧 化 力 ， 其 中 氟 最 強 。 氧 化 力 隨 原 子 序 增 加 而 減 弱 。 (4) 鹵 素 分 子 均 為 單 鍵 結 構 ， 鍵 能 ： Cl2＞ Br2＞ F2＞ I2。

[範 例 13]下 面 反 應 中 ， 何 者 產 生 氯 氣 ？ （ 多 選 ）

(A) 鹽 酸 加 入 漂 白 粉 (B) 電 解 濃 食 鹽 水

(C) 鹽 酸 加 入 二 氧 化 錳 加 熱 之 (D) 濃 鹽 酸 加 入 過 錳 酸 鉀 (E) 氯 酸 鉀 加 入 二 氧 化 錳 加 熱 之

答 案 ： (ABCD)

解 說 ： (A) ClCl_(aq)(aq)¡¡ + ClO+ ClO¡_(aq)(aq)¡ + 2 H+ 2 H+_(aq)(aq)+ ÐÐClCl_2(g)2(g)+ H+ H₂₂OO_((ll))

(B) 2 NaCl2 NaCl_(aq)(aq)+ 2 H+ 2 H₂₂OO_((ll)) ! Cl! Cl_2(g)2(g)+ H+ H_2(g)2(g)+ 2 NaOH+ 2 NaOH_(aq)(aq) (C) MnOMnO_2(s)2(s)+ 4 HCl+ 4 HCl_(aq)(aq)! Cl! Cl_2(g)2(g)+ MnCl+ MnCl_2(aq)2(aq)+ 2 H+ 2 H₂₂OO_((ll))

(D) 2 MnO2 MnO¡_4(aq)4(aq)¡ + 16 H+ 16 H_(aq)+_(aq)+ + 10 Cl+ 10 Cl_(aq)¡_(aq)¡ ! 5 Cl! 5 Cl_2(g)2(g)+ 2 Mn+ 2 Mn2+_(aq)2+_(aq)+ 8 H+ 8 H₂₂OO_((ll)) (E) 實 驗 室 製 備 氧 氣 ：2 KClO_3(s) MnO2

¡¡¡¡! 2 KCl_(s)+ 3 O_2(g) 2 KClO_3(s) MnO2 ¡¡¡¡! 2 KCl_(s)+ 3 O_2(g) =================================================================================== 練 習 題 ： 1. 在 實 驗 室 欲 製 備 氫 氣 時 ， 所 需 試 劑 的 組 合 ， 下 列 何 者 最 適 合 ？ (A) 鋅 與 稀 硫 酸 (B) 銅 與 熱 濃 硫 酸 (C) 鋅 與 稀 硝 酸 (D) 銅 與 濃 硝 酸 2. 下 列 有 關 HF、 HC l 、 HBr、 H I的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ (A) 水 溶 液 的 酸 性 以 HCl 最 強 (B) 沸 點 以 HF最 高 (C) 鍵 能 以 HI最 大 (D) 極 性 以 HBr最 小 3. 有 關 氯 的 含 氧 酸 ， 下 列 敘 述 何 者 錯 誤 ？ (A) 過 氯 酸 中 ， 氯 的 氧 化 數 為+7 (B) 氧 化 數 愈 大 的 含 氧 酸 ， 其 酸 性 愈 弱 (C) 次氯酸氧化力最強，具有漂白作用 (D) 過 氯 酸 是 最 安 定 的 氯 之 含 氧 酸 4. 下 列 反 應 何 者 不 產 生 氫 氣 ？ (A) 鋅 ＋ 稀 硝 酸 (B) 鋅 ＋ 稀 硫 酸 (C) 電 解 濃 食 鹽 水 (D) 鈉 ＋ 水 5. 有 關 硝 酸 的 敘 述 ， 下 列 何 者 錯 誤 ？ (A) 無 色 ， 具 刺 激 性 氣 味 的 發 煙 液 體 (B) 放 置 過 久 ， 溶 液 常 呈 褐 色 ， 因 其 分 解 出 NO2 (C) 是 強 酸 ， 且 為 強 氧 化 劑 (D) 鋅 與 極 稀 的 硝 酸 反 應 ， 會 生 成 NO 6. 碳 在 地 球 表 面 的 循 環 與 生 態 平 衡 關 係 密 切 ， 相 關 的 重 要 含 碳 物 質 如 有 機 質 、 碳 酸 鹽 ( 2 3 CO −)、 一 氧 化 碳 、 二 氧 化 碳 、 天 然 氣 （ 主 要 含 甲 烷 ）、 石 油 （ 主 要 含 碳 氫 化 合 物 ）、 石 墨 、 煤 等 ， 下 列 有 關 碳 之 氧 化 還 原 性 質 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ (A) 石 墨 主 要 由 甲 烷 還 原 而 成 (B) 二 氧 化 碳 在 水 中 氧 化 就 形 成 碳 酸 鹽 (C) 二 氧 化 碳 中 的 碳 具 有 碳 的 最 高 氧 化 態 (D) 植 物 行 光 合 作 用 是 將 二 氧 化 碳 還 原 成 碳 及 氧

7. 有 關 氣 體 之 檢 驗 ， 下 列 何 項 不 對 ？ (A) 實 驗 室 常 用 大 理 石 和 鹽 酸 作 用 製 造 二 氧 化 碳，且 欲 得 純 的 二 氧 化 碳，可 使 用 排 水 集 氣 法 收 集 (B) 檢 驗 氧 氣 ， 可 用 火 柴 吹 熄 的 餘 燼 插 入 ， 有 復 燃 的 現 象 (C) 檢 驗 臭 氧 ， 可 用 溼 潤 的 K I-澱 粉 試 紙 與 其 接 觸 呈 藍 色 (D) 通 二 氧 化 碳 於 石 灰 水 中 ， 生 成 白 色 沉 澱 ， 且 通 入 C O2愈 多 ， 沉 澱 愈 多 8. 下 列 物 質 中 ， 熔 點 最 高 的 是 ： (A) 鋁 金 屬 (B) 形 成 網 狀 固 體 的 矽 (C) 形 成 分 子 固 體 的 磷 (D) 形 成 分 子 固 體 的 硫 9. 下 列 哪 些 方 法 可 以 得 到 純 氫 ？ （ 多 選 ） (A) 電 解 加 有 微 量 硫 酸 的 水 (B) 水 蒸 氣 通 過 灼 熱 的 煤 焦 (C) 鈉 投 入 水 中 (D) 鋅 片 投 入 稀 鹽 酸 中 (E) 鐵 片 投 入 稀 硫 酸 中 10. 下 列 有 關 鹵 化 氫 性 質 的 比 較 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 鍵 能 ： HF＜ HCl ＜ HBr＜ H I (B) 沸 點 ： HF＞ HI＞ HBr＞ HCl (C) 酸 性 ： HF＞ HCl ＞ HBr＞ H I (D) 極 性 ： HF＞ HCl＞ HBr＞ HI (E) 還 原 力 ： HF＜ HC l ＜ HBr＜ H I 11. 下 列 有 關 鹵 素 及 其 化 合 物 的 敘 述 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 鹵 素 的 熔 點 、 沸 點 隨 原 子 序 的 增 加 而 增 高 。 (B) 比 較 1.0M次 氯 酸 和 1.0M鹽 酸 ， 前 者 酸 度 較 弱 ， 但 為 較 強 的 氧 化 劑 。 (C) 鹵 素 的 氧 化 力 隨 原 子 序 的 增 加 而 變 大 。 (D) 鹵 素 的 含 氧 酸 的 酸 性 隨 氧 化 數 的 升 高 而 增 加 。 (E) 氯 水 是 酸 性 ， 並 具 有 漂 白 力 ， 其 漂 白 作 用 是 因 含 HCl O( a q )。 12. 下 列 家 庭 洗 滌 用 的 物 質 ， 哪 兩 種 互 相 作 用 ， 會 產 生 有 毒 氣 體 ， 因 而 不 可 混 合 使 用 ？ （ 多 選 ） (A) 鹽 酸 (B) 肥 皂 (C) 沙 拉 脫 (D) 漂 白 粉 （ 含 有 氯 酸 鈉 ） (E) 通 樂 （ 含 有 氫 氧 化 鈉 ） 13. 實 驗 室 收 集 氣 體 常 用 排 水 集 氣 法 、 向 上 排 空 氣 法 及 向 下 排 空 氣 法 等 三 種 ， 下 列 各 組 中 ， 何 者 皆 可 用 排 水 集 氣 法 ？ （ 多 選 ） (A) Cl2， HCl (B) H2， O2 (C) N2， CO (D) NH3， H2S (E) SO2， CO2

14. 添 加 碘 的 食 鹽 中 ， 碘 係 以 碘 酸 鉀 (KIO3) 的 形 式 存 在 ， 可 用 一 些 常 見 的 物 質 來 檢 驗 。 試 問 需 要 同 時 使 用 下 列 哪 兩 個 選 項 的 物 質 ， 較 易 檢 驗 出 食 鹽 中 的 碘 酸 鉀 ？ （ 多 選 ） (A) 食 醋 (B) 米 酒 (C) 澱 粉 (D) 藍 色 石 蕊 試 紙 (E) 碘 化 鉀 澱 粉 試 紙 15. 下 列 各 溶 液 中 ， 何 者 在 加 入 澱 粉 溶 液 時 有 顯 著 的 藍 色 出 現 ？ （ 多 選 ） (A) I_2(s)+NaOH_(aq)（ 過 量 ） (B) H O_{2 2(aq )}+KI_(aq)+H_(aq)+

(C) KI_{(aq )}+KIO_3(aq) (D) KI_{(aq )}+KIO_3(aq)+NaOH_(aq) (E) KI_(aq)+KIO_3(aq)+H_{(aq )}+

16. 下 列(A) » (G)(A) » (G)七 個 實 驗 均 會 產 生 氣 體 ： (A) 硫 粉 在 空 氣 中 燃 燒 (B) 電 解 0.5M碘 化 鉀 水 溶 液 （ 以 碳 棒 為 電 極 ） (C) 氯 酸 鉀 與 二 氧 化 錳 共 熱 (D) 濃 鹽 酸 與 二 氧 化 錳 共 熱 (E) 氯 化 銨 與 亞 硝 酸 鈉 共 熱 (F) 甲 酸 與 濃 硫 酸 共 熱 (G) 銅 與 濃 硝 酸 共 熱 回 答 下 列 各 小 題 ： (1) 實 驗 (F)所 產 生 氣 體 的 分 子 式 為 。 (2) 實 驗 所 產 生 的 氣 體 為 紅 棕 色 。 (3) 實 驗 所 產 生 的 氣 體 是 空 氣 中 含 量 最 多 的 成 分 。 (4) 實 驗 所 產 生 的 氣 體 為 為 可 燃 ， 但 無 劇 毒 。 (5) 實 驗 所 產 生 的 氣 體 比 空 氣 重，且 此 氣 體 可 用 排 水 集 氣 法 收 集，用 此 法 收 集 的 理 由 是 。 (6) 實 驗 所 產 生 的 氣 體 可 用 來 製 造 漂 白 粉 。 (7) 實 驗 的 反 應 不 是 氧 化 還 原 反 應 。 (8) 實 驗 (B)中 ， 二 氧 化 錳 的 功 能 是 作 劑 。

Ans： 1.A 2.B 3.B 4.A 5.D 6.C 7.D 8.B 9.AC DE

10.BDE 11.ABDE 12.AD 13.BC 14.AE

15.BE

6-2 主 族 金 屬 元 素 及 其 化 合 物 6-2.1 鈉 及 其 化 合 物 的 性 質 鈉 為 第 1族 元 素 ， 電 子 組 態 為1s_1s22_2s2s22_2p2p66_3s3s11_{。 化 合 物 中 ， 鈉 的 氧 化 數 均 為 +1。} 一 、 鈉 的 製 備 與 性 質 1. 金 屬 鈉 是 強 還 原 劑 ， 會 與 水 反 應 產 生 氫 氣 ， 故 需 要 保 存 在 煤 油 中 。 2 Na_(s)+ 2 H₂O_(l) !2 NaOH_(aq)+ H_2(g) 2 Na_(s)+ 2 H₂O_(l) !2 NaOH_(aq)+ H_2(g) 2. 製 備 ： 電 解 熔 融 的 氯 化 鈉 ， 陰 極 製 得 鈉 、 陽 極 製 得 氯 。 陽 極 反 應 ：2 Cl2 Cl¡_(l)¡_(l)!!ClCl_2(g)2(g)+ 2 e+ 2 e¡¡ 陰 極 反 應 ：Na+_(l)+ e¡ _!Na (l) Na+_(l)+ e¡ _!Na (l) 全 反 應 式 ：2 Na2 Na+_(l)(l)+ + 2 Cl+ 2 Cl¡_(l)(l)¡ !!2 Na2 Na_(l)(l)+ Cl+ Cl_2(g)2(g) 3. 鈉 與 氧 反 應 產 生 氧 化 鈉 ， 加 熱 則 生 成 過 氧 化 鈉 。 4 Na_(s)+ O_2(g) !2 Na₂O_(s) 4 Na_(s)+ O_2(g) !2 Na₂O_(s) 2 Na_(s)+ O_2(g)¡¡!¢ Na₂O_2(s) 2 Na_(s)+ O_2(g)¡¡!¢ Na₂O_2(s) 4. 質 地 軟 、 新 切 面 為 銀 白 色 、 熔 點 低 、 密 度 小 （ Li 、 Na 、 K可 浮 在 水 面 上 ）， 將 鈉 鹽 置 於 火 焰 中 加 熱 會 發 出 黃 色(589:5 nm)(589:5 nm) 的 焰 色 。 二 、 氯 化 鈉 NaCl 1. 製 備 ： (1) 日 曬 法 蒸 發 海 水 即 得 無 色 固 體（ 粗 鹽 ）， 但 含 有 雜 質 。 主 要 雜 質 ： 氯 化 鈣 （ 易 潮 解 ）； 氯 化 鎂 （ 有 苦 味 ）。 (2) 加 入 少 許 碳 酸 鈉 (Na2CO3)，產 生 不 溶 性 的 碳 酸 鈣 及 碳 酸 鎂，過 濾 去 除 後 ， 蒸 發 即 得 精 鹽 。 2. 用 途 ： 家 庭 用 以 調 味 及 保 藏 食 物 ， 工 業 上 用 以 製 造 金 屬 鈉 、 氫 氧 化 鈉 、 碳 酸 鈉 、 氯 氣 、 鹽 酸 、 漂 白 粉 等 。 三 、 氫 氧 化 鈉 NaOH 1. 俗 稱 苛 性 鈉 或 燒 鹼 ， 白 色 固 體 ， 水 溶 液 為 強 鹼 ， 具 腐 蝕 性 。 2. 由 於 極 易 溶 於 水 ， 暴 露 於 空 氣 中 會 吸 收 二 氧 化 碳 而 潮 解 變 質 。 (s) 2(g) 2 3(aq) 2 ( ) 2NaOH +CO →Na CO +H O_l 3. 製 備 ： 電 解 濃 食 鹽 水 ， 於 陰 極 可 收 集 到 氫 氧 化 鈉 及 氫 氣 。 (aq) 2 2(g ) (aq) 2(g) 2NaCl +2H O→H +2NaOH +Cl 陰 極 陽極 4. 用 途 ： 吸 收 C O2， 製 造 肥 皂 、 紙 漿 、 人 造 絲 等 。 四 、 碳 酸 鈉 Na2C O3 1. 俗 稱 蘇 打 ， 白 色 粉 末 ， 易 溶 於 水 ， 水 溶 液 呈 鹼 性 。 2. 製 備 ： 索 耳 未 法 。 (1) 氨 、 二 氧 化 碳 通 入 食 鹽 水 中 ， 製 得 碳 酸 氫 銨 ； 碳 酸 氫 銨 再 與 NaC l 反 應 得 NH4Cl 及 溶 解 度 較 小 的 NaHCO3。 將 NaHCO3分 離 出 來 加 熱 即 得 Na2CO3。

2 3 2 4 3(aq)

CO +NH +H O→NH HCO

4 3(aq) (aq) 3(s) 4 (aq)

NH HCO +NaCl →NaHCO +NH Cl

3(s) 2 3(s) 2(g) 2 (g) 2NaHCO ⎯⎯Δ→Na CO +CO +H O (2) 原 料 僅 需 食 鹽 與 灰 石 (C aC O3)。 3. 洗 滌 鹼 是 含 10個 結 晶 水 的 碳 酸 鈉 (Na CO 10H O_{2 3}⋅ ₂ )。 4. 用 途 ： 作 硬 水 的 軟 化 劑 ， 製 造 玻 璃 、 紙 漿 、 清 潔 劑 等 。 五 、 碳 酸 氫 鈉 NaHCO3 1. 俗 稱 小 蘇 打 、 焙 用 鹼 ， 為 索 耳 未 法 的 中 間 產 物 。 2. 白 色 固 體 ， 能 溶 於 水 ， 但 是 溶 解 度 比 碳 酸 鈉 小 ， 水 溶 液 呈 弱 鹼 性 （ 比 碳 酸 鈉 弱 ）。 3. 用 途 ： 可 作 制 酸 劑 、 滅 火 器 原 料 。 碳 酸 鈉 (Na2CO3) 碳 酸 氫 鈉 (NaHCO3) 俗 名 蘇 打 、 洗 滌 鹼 小 蘇 打 、 焙 用 鹼 顏 色 白 白 水 溶 性 較 佳 較 差 水 溶 液 鹼 性 較 強 較 弱 加 熱 時 反 應 不 反 應 生 成 CO2氣 體 加 酸 時 反 應 生 成 CO2氣 體 生 成 CO2氣 體 =================================================================================== [範 例 14]下 圖 為 索 耳 未 法 之 流 程 圖 ， 請 將 (1)～ (5)之 化 合 物 以 化 學 式 表 之 。

解 說 ： (1) Ca(OH)2；CaO + HCaO + H22O ! Ca(OH)O ! Ca(OH)22

(2) CO2；CaCO3 ¢

¡¡! CaO + CO₂

CaCO₃ ¡¡! CaO + CO¢ ₂

(3) NaHCO3；NHNH44HCOHCO33+ NaC+ NaCl ! NHl ! NH44CCl + NaHCOl + NaHCO33 (4) Na2C O3；2 NaHCO3

¢

¡¡!CO₂+ H₂O + Na₂CO₃ 2 NaHCO₃ ¡¡!¢ CO₂+ H₂O + Na₂CO₃ (5) NH3；2 NH2 NH44CCl + Ca(OH)l + Ca(OH)22 !!CaCCaCll22 + 2 H+ 2 H22O + 2 NHO + 2 NH33

[範 例 15]有 關 索 耳 未 法 的 敘 述 ， 何 者 錯 誤 ？ (A) 它 是 製 備 蘇 打 的 方 法 ， 但 小 蘇 打 為 其 過 程 的 中 間 產 物 (B) 製 備 過 程 的 實 際 原 料 為 灰 石 與 食 鹽 ， 而 其 副 產 品 為 氯 化 鈣 (C) 反 應 過 程 須 有 氨 參 與 反 應 (D) 在 反 應 過 程 中 因 蘇 打 的 溶 解 度 最 小 ， 故 可 沉 澱 析 出 答 案 ： (D) 解 說 ： 蘇 打 (Na2CO3) 的 溶 解 度 大 於 小 蘇 打 (NaHCO3) ， 且 反 應 過 程 中 先 產 生 碳 酸 氫 鈉 ， 經 過 濾 分 離 後 ， 再 強 熱 碳 酸 氫 鈉 以 製 得 碳 酸 鈉 。 --- [範 例 16]某 溶 液 以 鉑 絲 作 焰 色 反 應 得 知 為 黃 色 ， 此 溶 液 若 加 入 硝 酸 銀 ， 可 得 白 色 沉 澱 ， 此 溶 液 所 含 溶 質 的 化 學 式 為 ：

(A) NaCl (B) K2SO4 (C) Na2C O3 (D) Pb(NO3)2

答 案 ： (A)

解 說 ： 由 焰 色 反 應 的 黃 色 火 焰 ， 可 知 該 化 合 物 必 為 鈉 鹽 （ 含 鈉 離 子 的 化 合 物 ）； 溶 液 加 入 硝 酸 銀 ， 可 得 白 色 沉 澱 ， 則 此 鈉 鹽 必 含 有 氯 離 子 。

6-2.2 鎂 及 其 化 合 物 的 性 質 鎂 為 第 2族 元 素 ， 電 子 組 態 為1s_1s22_2s2s22_2p2p66_3s3s22_{。 化 合 物 中 ， 鎂 的 氧 化 數 均 為 +2。} 一 、 鎂 的 製 備 與 性 質 1. 為 強 還 原 劑 ， 銀 白 色 金 屬 ， 比 重 1.74， 是 目 前 使 用 量 第 三 高 的 金 屬（ 僅 次 於 鐵 、 鋁 ）。 2. 製 備 ： 電 解 熔 融 的 氯 化 鎂 ， 在 陰 極 析 出 鎂 金 屬 。 MgCl_2(l) ¡¡¡¡¡¡¡! Mgelectrolysis _(s)+ Cl_2(g) MgCl_2(l) ¡¡¡¡¡¡¡! Mgelectrolysis _(s)+ Cl_2(g) 3. 化 學 性 質 (1) MgMg_(s)(s)+ 2 H+ 2 H₂₂OO_(g)(g) ! Mg(OH)! Mg(OH)_2(s)2(s)+ H+ H_2(g)2(g) 鎂 與 熱 水 反 應 生 成 氫 氣 (2) 3 Mg3 Mg_(s)(s)+ N+ N_2(g)2(g)! Mg! Mg₃₃NN_2(s)2(s) Mg₃N_2(s)+ 6 H₂O_(l) ! 3 Mg(OH)_2(s)+ 2 NH_3(g) Mg₃N_2(s)+ 6 H₂O_(l) ! 3 Mg(OH)_2(s)+ 2 NH_3(g) 檢 驗 氮 氣 的 方 法 (3) 2 Mg2 Mg_(s)(s)+ CO+ CO_2(g)2(g) ! 2 MgO! 2 MgO_(s)(s)+ C+ C_(s)(s) 鎂 可 在 CO2中 燃 燒 二 、 鎂 的 化 合 物 氧 化 鎂 （ MgO， 苦 土 ） 硫 酸 鎂 (MgSO4) 製 備 1. 在 氧 中 燃 燒 鎂 2. 煅 燒 菱 鎂 礦 MgCO₃ ! MgO + CO₂ MgCO₃ ! MgO + CO₂ 加 硫 酸 於 菱 鎂 礦 中 製 得 MgCO₃+ H₂SO₄ ! MgCO₃+ H₂SO₄ ! MgSO₄ + H₂O + CO₂ MgSO₄ + H₂O + CO₂ 性 質 1. 白 色 固 體 ， 熔 點 甚 高 (2800℃ ) 2. 略 溶 於 水（ 生 成 氫 氧 化 鎂 ， 溶 液 呈 弱 鹼 性 ） 1. 無 色 晶 體 ，易 溶 於 水（ 溶 液 有 苦 味 ） 2. 食 用 會 導 致 腹 瀉 用 途 1. 可 作 坩 堝 、耐 火 磚 、 電 爐 襯 裡 2. 醫 藥 上 作 為 制 酸 劑 1. 工 業 上 用 於 揉 皮 及 染 色 2. MgSOMgSO₄₄¢ 7 H¢ 7 H₂₂OO 稱 為 瀉 鹽 ， 醫 藥 上 作 為 瀉 劑 =================================================================================== [範 例 17]下 列 有 關 鎂 化 合 物 的 敘 述 ， 何 者 錯 誤 ？ （ 多 選 ） (A) 氧 化 鎂 俗 稱 苦 土 ， 易 溶 於 水 而 成 強 鹼 性 之 氫 氧 化 鎂 (B) MgSOMgSO₄₄¢ 7 H¢ 7 H₂₂OO 俗 稱 瀉 鹽 ， 醫 藥 上 用 作 瀉 劑 (C) 氯 化 鎂 的 熔 點 極 高 ， 可 作 為 耐 火 磚 (D) 將 碳 酸 鎂 強 熱 即 得 苦 土 (E) 氫 氧 化 鎂 是 第 2族 氫 氧 化 物 中 最 強 的 鹼 性 物 質 答 案 ： (ACE) 解 說 ： (A) 氧 化 鎂 略 溶 於 水 ， 生 成 弱 鹼 性 之 氫 氧 化 鎂 。 (C) 是 「 氧 化 鎂 」。

6-2.3 鋁 及 其 化 合 物 的 性 質 鋁 為 第 3週 期 第 13族 元 素 ， 電 子 組 態 為1s_1s22_2s2s22_2p2p66_3s3s22_3p3p11_{。 化 合 物 中 ， 鋁 的 氧 化} 數 均 為 +3。 一 、 鋁 的 製 備 與 性 質 1. 地 殼 中 含 量 最 豐 富 的 元 素 （ 占 8.8%）， 鋁 的 活 性 很 大 ， 為 強 還 原 劑 ， 易 與 氧 結 合 形 成AlAl₂₂OO_3(s)3(s)。 2. 製 備 ： 霍 爾 法 電 解 熔 融AlAl₂₂OO_3(l)3(l)（ 加 入 冰 晶 石NaNa₃₃AlFAlF₆₆ 作 為 助 熔 劑 ）， 於 陰 極 製 得 鋁 。2 Al2 Al₂₂OO_3(l)3(l) ! 4 Al! 4 Al_(l)(l)+ 3 O+ 3 O_2(g)2(g) 3. 鋁 是 兩 性 金 屬 ， 與 強 酸 或 強 鹼 皆 會 反 應 產 生 氫 氣 。 2 Al_(s)+ 6 H+_(aq)! 2 Al_(aq)3+ + 3 H_2(g) 2 Al_(s)+ 6 H+_(aq)! 2 Al_(aq)3+ + 3 H_2(g)

2 Al_(s)+ 2 OH¡_(aq)+ 3 H₂O_(l) ! 2 Al(OH)¡_4(aq)+ 3 H_2(g) 2 Al_(s)+ 2 OH¡_(aq)+ 3 H₂O_(l) ! 2 Al(OH)¡_4(aq)+ 3 H_2(g)

4. 銀 白 色 金 屬 ， 比 重 為 2.7， 故 鋁 及 其 合 金 的 用 途 極 廣 。 二 、 氧 化 鋁 Al2O3

1. 鋁 礬 土 的 主 要 成 分 ， 可 溶 於 酸 ， 也 可 溶 於 鹼 ， 故 為 兩 性 化 合 物 。 Al₂O_3(s)+ 6 H+_(aq) ! 2 Al_(aq)3+ + 3 H₂O_(l)

Al₂O_3(s)+ 6 H+_(aq) ! 2 Al_(aq)3+ + 3 H₂O_(l)

Al₂O_3(s)+ 2 OH¡_(aq)+ 3 H₂O_(l) ! 2 Al(OH)¡_4(aq)

Al₂O_3(s)+ 2 OH¡_(aq)+ 3 H₂O_(l) ! 2 Al(OH)¡_4(aq)

2. 純 的 氧 化 鋁 為 無 色 晶 體 ， 稱 為 剛 玉 ， 硬 度 很 大 ，為 珍 貴 寶 石（ 若 含 有Cr_Cr3+3+ _則 為 紅 寶 石 ， 若 含 有Fe_Fe2+2+ _及TiTi4+4+ _{則 為 藍 寶 石 ）。}

三 、 氫 氧 化 鋁 Al(OH)3

1. 在 鋁 鹽 中 加 入 氨 水 ， 可 得 氫 氧 化 鋁 的 白 色 膠 狀 固 體 。 2. 氫 氧 化 鋁 為 兩 性 化 合 物 ， 可 溶 於 酸 與 強 鹼 。

Al(OH)_3(s)+ 3 H+_(aq) ! Al_(aq)3+ + 3 H₂O_(l) Al(OH)_3(s)+ 3 H+_(aq) ! Al_(aq)3+ + 3 H₂O_(l) Al(OH)_3(s)+ OH¡_(aq) ! Al(OH)¡_4(aq)

Al(OH)_3(s)+ OH¡_(aq) ! Al(OH)¡_4(aq)

四 、 明 礬KAl(SOKAl(SO₄₄))₂₂¢ 12 H¢ 12 H₂₂OO 1. 為 無 色 晶 體 ， 作 為 自 來 水 淨 水 之 凝 聚 劑 ， 在 紡 織 工 業 中 也 作 為 媒 染 劑 。 2. 屬 於 複 鹽 ， 礬 的 通 式 ：M+_N3+_(SO 4)2¢ 12 H2O M+_N3+_(SO 4)2¢ 12 H2O， 由 1價 陽 離 子 、 3價 陽 離 子 與 硫 酸 根 組 成 的 複 鹽 。 =================================================================================== [範 例 18]Fe(OH)3和 Al(OH)3之 混 合 物 ， 須 加 下 列 哪 一 種 試 劑 才 容 易 分 離 ？ (A) HCl( a q ) (B) NaOH( a q ) (C) NH3 ( a q ) (D) HF( a q ) 答 案 ： (B) 解 說 ： Al(OH)3為 兩 性 化 合 物 ， 可 溶 於 酸 與 強 鹼 中 ； 但 是 Fe(OH)3非 兩 性 物 質 ，

只 能 溶 於 酸，卻 無 法 溶 於 鹼 中。故 利 用 強 鹼 可 將 Al(OH)3溶 解 成Al(OH)Al(OH)¡4

¡

4 而 與Fe(OH)Fe(OH)_3(s)3(s) 進 行 過 濾 分 離 。

[範 例 19]下 列 有 關 Na、 Mg、 Al的 比 較 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 原 子 半 徑 ：Al > Mg > NaAl > Mg > Na (B) 第 一 游 離 能 ：Al > Mg > NaAl > Mg > Na (C) 金 屬 鍵 強 度 ：Al > Mg > NaAl > Mg > Na (D) 離 子 半 徑 ：Na_Na++_{> Mg> Mg}2+2+ _{> Al> Al}3+3+ (E) 氧 化 物 鹼 性 ：Al > Mg > NaAl > Mg > Na 答 案 ： (CD) 解 說 ： (A) 同 週 期 元 素 之 原 子 半 徑 ， 由 左 而 右 漸 減 小 ， 故 半 徑Na > Mg > AlNa > Mg > Al。 (B) 同 週 期 元 素 之 第 一 游 離 能 ， 由 左 而 右 呈 現 鋸 齒 狀 遞 增 ， 故 第 一 游 離 能 Mg > Al > Na Mg > Al > Na。 (C) 隨 價 電 子 數 （ 自 由 電 子 數 ） 增 加 、 原 子 半 徑 漸 小 ， 金 屬 鍵 越 強 。 (D) 等 電 子 數 時 ， 其 原 子 序 越 大 者 ， 離 子 半 徑 越 小 。 (E) 同 週 期 元 素 ， 由 左 而 右 ， 金 屬 性 （ 鹼 性 ） 漸 減 小 ， 非 金 屬 性 （ 酸 性 ） 漸 增 強 ， 故 氧 化 物 鹼 性Na > Mg > AlNa > Mg > Al。 =================================================================================== 練 習 題 ： 1. 區 別 NaHC O3和 Na2C O3時 ， 下 列 何 種 操 作 無 法 分 辨 ？ (A) 固 體 加 熱 ， 觀 察 是 否 生 成 C O2 (B) 水 溶 液 中 加 入 HCl， 觀 察 是 否 生 成 C O2 (C) 視 其 在 水 中 溶 解 度 的 大 小 (D) 水 溶 液 中 加 MgSO4， 觀 察 是 否 產 生 沉 澱 2. 工 業 上 製 造 碳 酸 鈉 大 多 採 用 索 耳 未 法 ， 將 氨 通 入 飽 和 的 食 鹽 水 溶 液 後 ， 再 通 入 二 氧 化 碳 時 ， 生 成 甲 沉 澱 及 乙 溶 液 ， 將 甲 沉 澱 加 熱 得 丙 固 體 及 丁 氣 體 ， 乙 溶 液 與 氫 氧 化 鈣 溶 液 作 用 得 戊 氣 體 可 回 收 再 使 用 ， 下 列 有 關 甲 乙 丙 丁 戊 的 敘 述 何 者 不 正 確 ？ (A) 甲 和 丙 皆 為 白 色 固 體 ， 溶 於 水 均 呈 鹼 性 (B) 將 乙 加 熱 可 得 碳 酸 鈉 (C) 分 別 加 鹽 酸 於 甲 及 丙 中 ， 可 產 生 與 丁 一 樣 的 氣 體 (D) 戊 為 氨 氣 體 3. 稱 取 兩 份 鋁 粉 ， 第 一 份 加 足 量 濃 氫 氧 化 鈉 溶 液 ， 第 二 份 加 足 量 鹽 酸 ， 如 要 放 出 等 體 積 的 氣 體 （ 同 溫 同 壓 下 ）， 兩 鋁 粉 的 質 量 之 比 為 ？ (A) 1： 2 (B) 1： 3 (C) 3： 2 (D) 1： 1 4. 鋁 比 鐵 不 易 腐 蝕 是 因 為 ： (A) 鋁 不 易 與 O2反 應 (B) 從 3價 至 0價 鐵 的 還 原 電 位 比 鋁 高 (C) 鋁 的 表 面 生 成 一 層 Al2O3的 薄 膜 (D) 鋁 的 導 電 度 比 鐵 高

5. 取 2.7g鋁 先 溶 解 於 1M鹽 酸 400m L中， 反 應 完 成 後， 再 漸 次 加 入 某 濃 度 的 NaOH 水 溶 液 ， 產 生 沉 澱 。 其 沉 澱 量 與 加 入 NaOH水 溶 液 的 體 積 關 係 為 何 ？ (A) Al(OH)₃ Al(OH)₃ NaOH NaOH (B) Al(OH)₃ Al(OH)₃ NaOH NaOH (C) Al(OH)₃ Al(OH)₃ NaOH NaOH (D) Al(OH)₃ Al(OH)₃ NaOH NaOH (E) Al(OH)₃ Al(OH)₃ NaOH NaOH 6. 有 關 鈉 的 敘 述 ， 下 列 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 可 由 電 解 熔 融 的 食 鹽 製 得 (B) 可 以 刀 片 切 割 (C) 須 貯 存 在 於 油 中 (D) 鈉 和 冷 水 迅 速 反 應 而 產 生 H2 ( g ) (E) 焰 色 試 驗 呈 現 出 紫 色 7. 有 關 於 鹵 素 族 與 鹼 金 族 的 敘 述 中 ， 下 列 哪 些 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 兩 者 活 性 皆 隨 原 子 序 增 加 而 減 少 (B) 兩 者 熔 點 、 沸 點 皆 隨 原 子 序 增 加 而 增 加 (C) 兩 者 原 子 半 徑 皆 隨 原 子 序 增 加 而 增 加 (D) 鹵 素 族 之 氧 化 力 隨 原 子 序 增 加 而 減 弱 (E) 兩 者 易 反 應 形 成 離 子 化 合 物 8. 有 關 鹼 金 族 及 鹼 土 族 元 素 的 下 列 敘 述 ， 何 者 錯 誤 ？ （ 多 選 ） (A) 鹼 金 族 元 素 中 原 子 量 較 大 者 較 不 活 潑 ， 可 以 在 自 然 界 中 游 離 存 在 (B) 鹼 金 族 元 素 最 外 殼 只 有 ns1電 子，通 常 只 能 形 成+1氧 化 態 化 合 物，不 形 成 +2 氧 化 態 化 合 物 (C) 鹼 土 金 族 元 素 最 外 殼 有 ns2電 子 ， 所 以 可 以 形 成+1及 +2氧 化 態 化 合 物 (D) 所 有 鹼 金 族 元 素 在 室 溫 時 ， 都 易 與 水 作 用 產 生 氫 氧 化 物 及 氫 (E) 所 有 鹼 土 金 族 元 素 在 室 溫 時 ， 都 易 與 水 作 用 產 生 氫 氧 化 物 及 氫 9. 下 列 有 關 明 礬 水 溶 液 之 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 可 用 做 淨 水 劑 ， 因 能 生 成 膠 狀 Al (OH)3吸 附 微 小 粒 子 (B) 漸 加 入 氨 水 時 生 成 白 色 沉 澱 ， 續 加 氨 水 時 又 會 溶 解 (C) 漸 加 入 氫 氧 化 鈉 水 溶 液 時 生 成 白 色 沉 澱 ， 續 加 時 又 會 溶 解 (D) 加 入 氯 化 鋇 水 溶 液 時 生 成 白 色 沉 澱 (E) 明 礬 水 溶 液 具 有 導 電 性

Ans： 1.B 2.B 3.D 4.C 5.B 6.ABCD 7.CDE

6-3 過 渡 金 屬 元 素 1. 過 渡 元 素 位 於 週 期 表 中 央 之 金 屬 元 素 ， 緊 接 於 鹼 土 金 屬 之 後 ， 其 後 增 加 的 電 子 填 入 d 軌 域 或 f 軌 域 ， 並 不 像 一 般 主 族（ 典 型 ）元 素（ A族 元 素 ）同 一 行 有 相 似 之 化 性 ， 反 而 化 性 相 差 甚 大 。 2. 化 學 通 性 ： (1) 過 渡 元 素 均 為 金 屬 元 素 ， 具 有 金 屬 光 澤 ， 為 熱 、 電 的 良 導 體 。 (2) 由 於 d 軌 域 可 容 納 10 個 電 子 ， 過 渡 元 素 大 多 具 有 多 種 氧 化 態 ， 如 錳 具 有 +2、 +3、 +4、 +6及 +7氧 化 數 。 (3) 第 一 列 過 渡 金 屬 元 素 在 高 氧 化 態 時 ， 主 要 以 共 價 性 的 含 氧 離 子 存 在 ， 如 CrO2¡₄

CrO2¡₄ 、MnOMnO¡₄¡₄ 等

。

(4) 化 合 物 中 的 過 渡 元 素 大 多 有 未 填 滿 電 子 之 d 軌 域 及 未 成 對 電 子 ， 故 大 多 有 顏 色 。 鈧 鈦 釩 鉻 錳 鐵 鈷 鎳 銅 鋅 元素符號 21 Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn 價 電 子 3d1 4s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2 熔 點( ℃) 1541 1660 1890 1857 1244 1535 1495 1453 1083 420 沸 點( ℃) 2831 3287 3380 2672 1962 2750 2870 2732 2567 907 常 見 的 氧 化 數 +3 +1,+2 +3,+4 +2,+3 +4,+5 +2,+3 +6 +2,+3 +4,+6 +7 +2,+3 +2,+3 +2,+3 +1,+2 +2 6-3.1 常 見 過 渡 金 屬 元 素 的 性 質 一 、 鐵 的 有 冶 煉 及 其 合 金 1. 鐵 是 地 殼 中 含 量 第 二 豐 富 的 金 屬 （ 僅 次 於 鋁 ）， 為 使 用 量 最 高 的 金 屬 。 常 見 鐵 礦 如 下 表 。 鐵 礦 赤 鐵 礦 褐 鐵 礦 磁 鐵 礦 黃 鐵 礦 菱 鐵 礦 成 分 FeFe₂₂OO₃₃ 2Fe2Fe₂₂OO₃₃¢¢3H3H₂₂OO FeFe₃₃OO₄₄ FeSFeS₂₂ FeCOFeCO₃₃ 冶 煉 前 處 理 無 需 處 理 先 煅 燒 ， 除 去 水 分 無 需 處 理 硫難以去除， 不 適 合 煉 鐵 煅燒，使其分 解 成 氧 化 鐵 2. 鐵 的 冶 煉 (1) 原 料 a. 鐵 礦 ： 必 須 為 氧 化 鐵 ， 若 非 氧 化 鐵 ， 則 需 先 處 理 為 氧 化 鐵 。 b. 煤 焦 ： 作 為 燃 料 及 還 原 劑 。 c. 熔 劑 ： 使 鐵 礦 中 的 雜 質 形 成 熔 渣 （ 可 作 為 水 泥 的 材 料 ）， 予 以 去 除 。 若 雜 質 為 矽 砂 (SiO2)， 則 以 灰 石 (C aCO3)作 為 熔 劑 。 若 雜 質 為 灰 石 (CaCO3)， 則 以 矽 砂 (Si O2)作 為 熔 劑 。 d. 熱 空 氣 ： 由 爐 底 打 入 ， 使 煤 焦 燃 燒 生 成 CO， 並 釋 出 大 量 的 熱 。