第十一章
金屬元素
11-1 鹼金族元素及其化合物 ㄧ.鹼金族元素(IA)：位於週期表之第一行，因其氧化物溶於水呈鹼性而得名。其中包 括Li、Na、K 、Rb、Cs、Fr 。其中， Fr 為人工放射性元素(半生期甚短)。大多為 銀白色金屬，除Cs為淡黃色外。 1.存在：鹼金屬化性活潑，在自然界中不以元素形態存在，皆以化合態存在。其中以 鈉、鉀之藏量較大(各為2.6%、2.4%)，其他鹼金屬含量極少。 2.製備：鹼金屬為強還原劑，與水作用生成H2。目前均以電解法提煉鹼金屬，電解其 熔化之鹽類，可於陰極得金屬元素。 (1)鋰的製備：電解熔融的氯化鋰即可。反應如下所示： 2LiCl(l)熔融電解2Li(l)(陰極)Cl2(g)(陽極) (2)鈉的製備：電解熔融的氯化鈉即可。工業上，製造鈉的裝置如圖11 1 所示。反應如 下所示： 2NaCl(l) 熔融電解2Na(l)(陰極)Cl2(g)(陽極) 圖11 1 工業上生產鈉的裝置 圖11 2 焰色試驗的裝置 (3)鉀的製備：利用鈉蒸氣於高溫下與熔融氯化鉀作用即可。反應如下所示： KCl(l)Na(g)高溫 NaCl(s)K(g) 3.性質： (1)電子組態：鹼金屬價電子組態均為ns1，故其氧化數均為 1 。 (2)燄色試驗：Li紅、Na黃、K紫、Rb紫、Cs藍。裝置如圖11 2 所示。 (3)低游離能：鹼金屬的游離能皆很小，且隨原子序增加而減小，故銫(Cs)為光電池 最好材料。而其第二游離能則為同列元素中最高者。 (4)離子水合能：其大小隨隨原子序增大而減小。 (5)強還原劑：其還原力(劑)強弱順序是LiRbKCsNa。 (6)其鹽類均可溶於水。 (7)化性活潑，不以元素態存在，易生成M 的離子化合物。 (8)隨原子序增加而增加的有密度( K 例外)、半徑、活性、金屬性、氧化物的鹼性、氫 氧化物的鹼性。(9)隨原子序增加而減少的有熔點、沸點(Cs例外)、硬度、汽化熱、熔化熱、游離能。 (10)質地軟，可用小刀切割，新切面呈銀白色；熔點低、比重小，像Li、Na、K可 浮於水面。 (11)鹼金屬與氧的反應： a.4Li(s) O2(g) 2Li2O(s)，其中金屬的氧化數變化是0 2。 b.2Na(s) O2(g) Na2O2(s)，其中金屬的氧化數變化是0 1。 c.M(s) O2(g) MO2(s)，當M K 、Rb、Cs時，其中金屬的氧化數變化是 1 0 2 。 d.一般金屬的過氧化物遇水均可放出氧氣。如，Na2O2 H2ONaOHO2。 (12)鹼金屬與水的反應：鹼金屬易與水作用，產生氫氧化物與氫氣，故需保存於石油 中。反應方程式如下所示。 2M 2H2O2MOHH2。 (13)鹼金屬的氫化物與水的反應，亦會產生氫氣。反應方程式如下所示： MH H2OMOH H2 4.用途： (1)做還原劑。如，用鈉來製造鈦金屬。反應方程式如下所示： TiCl4(g) 4Na(l) 4NaCl(s) Ti(s) (2)可作鋰離子電池的負極。 (3)鉀可先做成超氧化鉀(KO2)，而超氧化鉀則可作為密閉系統(太空船、潛艇、防毒 面具)的呼吸裝置。其原理是當呼出的水蒸氣遇上超氧化鉀會產生氧氣，同時產 生的另一產物氫氧化鉀又可將呼出氣體中的二氧化碳去除，整個反應過程如下 列方程式所示。 4KO2(s) 2H2O(g) 4KOH(s)3O2(g) 2KOH(s) CO2(g) K2CO3(s) H2O(l) 1.下列化合物中，於常溫時為橙黃色固體，與水蒸氣作用會產生氧氣，常用於製作呼吸 裝置的是 (A)氧化鋰 (B)過氧化鈉 (C)過氧化鉀 (D)超氧化鉀。 2.下列各化合物中，會與鈉、鉀作用並產生氫氣的有 (A)C2H5OH (B)C6H5OH (C) O
3.下列各種反應中，可製備金屬鈉的是 (A)以鋁還原氫氧化鈉 (B)電解氯化鈉水溶液 (C) 電解融熔氯化鈉 (D)以碳還原氯化鈉。(72 夜大) 4.下列有關鹼金族元素敘述中，錯誤 的是 (A)化性活潑，沒有元素形態存在者 (B)易與 許多非金屬元素直接化合 (C)沸點皆隨原子序增加而降低 (D)易與水、氧反應，需儲 存於石油中。 5.下列有關鹼金屬元素性質的敘述中，正確的是 (A)原子的價電子組態均為ns1 (B)其 氧化物溶於水均呈鹼性 (C)熔點均隨原子序的增加而降低 (D)密度均比水小 (E)化性 活潑，一般均保存在石油中。 6.下列關於鹼金屬元素的性質中，會隨原子序增加而減小的有 (A)硬度 (B)熔點 (C)化性 (D)沸點 (E)密度。 7.下列各元素中可與冷水反應並產生氫氣的有 (A) K (B)Ca (C)Mg (D)Be (E)Ba。 二.常見的含鹼金屬元素的化合物：大多是離子化合物，可溶於水，但難溶於有機溶劑。 1.氯化鈉(NaCl)：俗稱食鹽。 (1)製備：
step1海水蒸發，可得粗鹽。除氯化鈉(NaCl)外，含有易潮解的氯化鈣(CaCl2)
與略有苦味的氯化鎂(MgCl2)。
step2粗鹽精製，可得精鹽。將粗鹽溶於水，並加入碳酸鈉(Na2CO3)，過濾沉
澱物，將濾液蒸發，即可得純度較高的精鹽。反應方程式如下所示。 MgCl2(aq) Na2CO3(aq) 2NaCl(aq) MgCO3(s)
(2)性質與用途： a.常用於調味、醃製或保存食物上；添加些許的碘化鉀，可防止甲狀腺素的缺乏。 b.工業上常用來製造金屬鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、氯氣、鹽酸、漂白粉等。 2.氫氧化鈉(NaOH)：俗稱苛性鈉或燒鹼。 (1)製備：電解濃食鹽水溶液，即可於陰極得到氫氧化鈉。其裝置如圖11 3 所示。反應 方程式如下： 2NaCl(aq) 2H O2 ( )l 2NaOH(aq)( )H2( )g ( )Cl2( )g ( ) 電解 陰極陰極陽極 。 圖11 3 隔膜法電解濃食鹽水 (2)性質與用途： a.為一白色固體，易溶於水，溶液呈無色、強鹼性，且有滑膩感。 b.具有強烈腐蝕性，於空氣中極易潮解(吸收水蒸氣)，同時會吸收二氧化碳，生成 碳酸鈉(Na2CO3)，故稱取時速度要快，且蓋好瓶蓋。反應方程式如下所示： 2NaOHCO2 Na2CO3H2O c.實驗室中，常用且重要的強鹼試劑。 d.可用於製造肥皂、紙漿、人造絲。 e.煉鋁工業中，可用來溶解Al2O3，使其與雜質氧化鐵分離。 3.碳酸鈉(Na2CO3)：俗稱蘇打、洗滌鹼或洗滌蘇打。 (1)製備：可利用索耳未法(Solvay's process)製備。 step1將二氧化碳與氨氣通入飽和食鹽水。反應方程式如下： NaCl(aq) NH3(g) CO2(g) H2O(l) NH4Cl(aq) NaHCO3(s) step2再將碳酸氫鈉強熱後即可得到。反應方程式如下： 2NaHCO3(s) H2O(l) CO2(g)Na2CO3(s) 本法之某些產物如CO2與NH4Cl可回收再使用而降低成本， a.最後反應所產生的CO2可再供第一步驟所用。 b.NH4Cl，則可與石灰水(CaOH2OCa(OH)2)反應產生氨氣，反應方程式 如下所示：Ca(OH)2(s) 2NH4Cl(aq) 2NH3(g) 2H2O(l) CaCl2(aq) c.所以整個反應，真正消耗的原料是石灰(CaO)與食鹽(NaCl)。可利用下列流 程圖來說明。
索耳未法流程圖 d.索耳未法流程的特色是在於副產物的循環再利用，使得副產物減量，同時降低 碳酸氫鈉與碳酸鈉的生產成本，可說是綠色化學的具體實踐。 (2)性質與用途： a.白色粉末，易溶於水，溶液呈鹼性，但無腐蝕性。 CO H OHCOOH 3 2 2 3 b.可與酸反應生成CO2。反應方程式如下： Na CO 2H H OCO 2Na 2 2 3 2 c.因無腐蝕性，故可供洗滌之用，又稱洗滌鹼。 d.硬水軟化劑，反應方程式如下： 3( ) 2 ) ( 3 2 ) (aq CO aq CaCO s Ca 3( ) 2 ) ( 3 2 ) (aq CO aq MgCO s Mg e.工業上用以製造玻璃、紙漿、清潔劑。 鈉及其化合物間的反應 4.碳酸氫鈉(NaHCO3)：俗稱焙用鹼、酸式碳酸鈉、小蘇打或發酵蘇打。 (1)製備： a.索耳未法的中間產物，但不易由此方法得純度高之碳酸氫鈉。 b.ㄧ般於工業上都是將二氧化碳通入碳酸鈉水溶液(Na2CO3(aq))中，即可製得。 反應方程式如下：CO2 Na2CO3H2O2NaHCO3。 (2)性質與用途： a.為一白色粉末，對水溶解度較差(比碳酸鈉更差)，水溶液呈弱鹼性(比碳酸鈉更弱)。 b.可與酸作用產生二氧化碳。反應方程式如下： NaHCO H H OCO Na 2 2 3 c.加熱亦會產生二氧化碳。反應方程式如下： 2NaHCO3H2OCO2Na2CO3 d.可用作速效型的制酸劑，中和胃液中的胃酸(鹽酸)。反應方程式如下：
NaHCO3(s) H(aq) H2OCO2(g) Na(aq)。 e.與酒石酸氫鉀(KHC4H4O6)混合，可做成製作麵包或餅乾之焙粉，俗稱焙用鹼。 反應方程式如下所示： NaHCO3KHC4H4O6 H2OCO2 KNaC4H4O6 f.滅火器的原料。因為受熱或加入硫酸，均可使其產生二氧化碳，故可作為滅火器的 原料。反應方程式如下所示： 2NaHCO3(s) H2O(l) CO2(g)Na2CO3(s) NaHCO3(s) H2SO4(aq) 2H2O(l) CO2(g)Na2SO4(aq) 5.硝酸鉀(KNO3)：俗稱硝石。 (1)製備： a.直接開採，硝酸鉀礦物。 b.將智利硝石(NaNO3)與氯化鉀(KCl)共熱即可製得，其中NaCl會先結晶析出， 而KNO3則後結晶。反應方程式如下所示：
NaNO3KClKNO3NaCl。
(2)性質與用途： a.無色透明晶體，溫度愈高溶解度愈大。 b.強的氧化劑，強熱會分解。反應如下所示： 3 2 2 2KNO 2KNO O 2 2 2 2 4KNO 2N 3O 2K O c.製造黑色火藥。(75%KNO3、15%木炭與10%S 的混合) 6.碳酸鉀(K2CO3)：俗稱草鹼，因一般之草木灰中約含10%的K2CO3。
(1)製備：先將KCl(aq)電解可得KOH(aq)，再通入CO2 g( )，即可得。反應方程式如下
2KCl(aq) 2H2O(l) 2KOH(aq) CO2(g) 2KOH(aq) K2CO3(s) H2O(l) (2)性質與用途： a.碳酸鉀為製造玻璃(鉀玻璃，提高熔點)、肥皂及氫氧化鉀之原料。 b.含碳酸鉀之草木灰可供洗滌之用。 c.製造鉀肥(又稱莖肥)。 三.半生期(half life) 放射性元素由於衰變，使其原子核數(或質量)減為原來的一半 所需之時間稱為半生期。
8.欲分離KNO3與NaCl 的混合物，下列各種方法中，最適當的是 (A)蒸餾法 (B)結晶
9.利用索耳未法來製造Na2CO3的過程中，真正消耗的原料是？ 10.下列各項關於鹼金屬化合物性質的敘述中，正確的是 (A)固體的氫氧化鈉可以吸收 二氧化碳 (B)碳酸氫鈉俗稱小蘇打，常被用作醫藥上的制酸劑 (C)碳酸鈉俗稱蘇打， 可將硬水中的鈣離子除去 (D)照相底片尚未感光的溴化銀，可用硫代硫酸鈉洗去 (E) 電解熔融的鹵化物，在陽極析出鹼金屬。 11.下列關於碳酸鈉與碳酸氫鈉的敘述中，錯誤的是 (A)兩者之固體均呈白色 (B)同溫下， 在水中的溶解度以碳酸鈉比較大 (C)溶於水後，以碳酸鈉的鹼性比較強 (D)固體強熱 均會產生二氧化碳 (E)與鹽酸作用均會產生二氧化碳氣體。 12.碳酸鈉與碳酸氫鈉的混合物 168 公克，加熱到質量不再減少時，剩下的殘渣質量為 158.7 公克，則該混合物中，碳酸鈉所佔的比例是多少？(Na23) (A)48% (B)63% (C)72% (D)85%。 13.將下列物質溶水後，會產生氣體的有(不包含水蒸氣) (A)碳酸氫鈉 (B)硫酸氫鈉 (C)氫 化鈉 (D)氧化鈉。 14.一塊米粒大的金屬鈉置放於乾燥的濾紙上，並置於一個 倒立的漏斗下，再輕放於一個含有酚酞的水溶液中， 如右圖所示，則下列敘述中，正確的有 (A)滤紙吸水，
鈉與水反應，產生氣體 (B)完全反應後，水溶液仍呈無色 (C)酚酞是用來減緩鈉與水的反應 (D)在漏斗頂可以用火點燃 (E)本實驗是一氧化還原反應。 15.等莫耳的鋰、鈉、鉀分別切成細片後，與水作用，如放出氣體的體積( )V 與經過時間 ( )t 所作成的關係圖如下，則正確的是 16.下列物質為實驗室常見的化學藥品，其中NaH 為氫化鈉，常作為還原劑，試根據其
化學性質回答下列問題(均選多選題)：甲：Na、乙：NaH 、丙：NaCl、丁：NaOH、
戊：NH Cl4 、己：HNO3、庚：反式－丁烯二酸。 (1)若將上述物質置入純水中，則會產生氫氣的有？ (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁 (E)戊。 (2)若將上述物質置入純水中，則會使紅色石蕊試紙變成藍色的是 (A)乙 (B)丙 (C)丁 (D)己 (E)庚。(92 指考) <Homework 11-1> 1.下列各項敘述中，屬於鹼金屬的是 (A)均為淺黃色金屬 (B)硬度皆很大 (C)皆可浮在水 面上 (D)皆可與水反應。(D) 2.下列各項性質的敘述中，屬於鹼金屬元素的有 (A)容易失去一個電子，強的還原劑 (B)化合物的氧化數均為 1 (C)化性很活潑 (D)皆可與水反應 (E)硬度小。 3.下列各種操作中，無法區別碳酸氫鈉與碳酸鈉的是 (A)於水溶液加入稀鹽酸查驗是否
有二氧化碳的產生 (B)將其固體加熱檢驗是否產生二氧化碳 (C)比較在水中的溶解度 (D)加入MgSO4 aq( )檢視是否有沉澱物生成。(A) 4.下列關於鹼金屬元素的性質敘述中，正確的是 (A)均較其同週期鹼土金屬元素有較高 的熔點 (B)此族元素在化合物中皆為 1 價 (C)置於水中，會與水作用並產生氫氣 (D) 熔點隨原子量增加而升高 (E)為電熱的良導體，性質柔軟。(BCE) 5.關於鹼金族元素的各種性質中，隨其原子序增加而減小的有 (A)熔點 (B)沸點 (C)密度 (D)硬度 (E)汽化熱。(ADE) 6.粗鹽通常略帶有苦味與易潮解的性質是因粗鹽中分別含有何種物質？(苦味：氯化鎂、 潮解：氯化鈣) 7.下列關於含鹼金屬化合物的敘述中，正確的是 (A)硝酸鉀受熱分解產生二氧化氮 (B) 碳酸鈉俗稱蘇打，可用於軟化硬水 (C)氫氧化鈉常可用來吸收二氧化碳與水 (D)粗鹽 中常因含有氯化鈣而略帶有苦味 (E)碳酸氫鈉又稱小蘇打，可用於胃酸之制酸劑。 (BCE) 8.完成下列各反應方程式，並平衡之。 (1)NaOHCO2 (2)NaHCO3H2SO4 (3)Ca(OH)2 NH4Cl 9.如何利用NaCl來製造下列化合物？ (1)Na (2)Cl2 (3)NaOH (4)NaHCO3 (5)Na2CO3。 (1)電解NaCl(l)。
(2)電解濃NaCl(aq)或NaCl(l)。
(3)電解濃NaCl(aq)。 (4)NaClNH3CO2 H2ONaHCO3NH4Cl (5)2NaHCO3Na2CO3H2OCO2 10.下列各項鹼金屬的性質中，會隨原子序增大而增大的有 (A)金屬氧化物的溶解度 (B) 原子容 (C)氧化電位 (D)硬度 (E)氫氧化物的鹼度。(ABE) 11.下列各項敘述中，正確的是 (A)白磷必須儲存在苯或醚類中 (B)鈉可以儲存在水中 (C)氫氧化鈉儲存在塑膠瓶中 (D)氫氟酸可以用玻璃裝 (E)硫酸銅溶液可置於鋁罐中。 (C) 12.三種氣體氧氣、氮氣、二氧化碳，下列何種物質均會與這三種氣體作用？ (A)石灰水 (B)鎂帶 (C)銅 (D)鉀。(B) 13.下列有關鹼金屬元素性質的敘述中，錯誤的是 (A)鹼金屬均為強還原劑，但還原力 的大小沒有規律性 (B)金屬氧化物對水的溶解度隨原子序增加而增加 (C)密度隨原子 序增加而增加(鉀例外) (D)金屬鍵的強度隨原子序增加而增大。(D) 14.下列各種操作中，無法區別碳酸鈉與碳酸氫鈉的是 (A)水溶液中加入鹽酸，觀察是 否有氣體產生 (B)比較在水中的溶解度大小 (C)比較同濃度下的pH 值 (D)固體加熱， 觀察是否有氣體產生。
11-2 鹼土金屬及其重要化合物 一.鹼土族金屬元素：鹼土族出現於週期表的第二行，又稱為 IIA 族，共有Be、Mg、 Ca、Sr、Ba、Ra六種，而Ra為放射性元素；因為具有高熱不熔亦不分解的特質， 故稱之為鹼土金屬。 1.存在：自然界中Ca約佔3.4%、Mg約佔1.9% 兩者較多，其餘存量很少。因為活 性大，於自然界中六種元素均以化合態存在。 2.製備：其製備方法與鹼金族元素方法相似。 (1)電解熔融氯化物：均需將各種礦鹽轉變成氯化物，再取其熔融態電解，即可得(與 鹼金屬元素類似)。一般的過程如下所示： 3 2( ) 2( ) 2( ) ( ) 2( ) HCl aq s l s g MCO MCl MCl MCl 電解M Cl (2)氧化還原反應： a.少量鎂：將氧化鎂與碳於高溫下反應可製得鎂。反應如下所示： MgO(s)C(s) Mg(s)CO(g) b.少量鈣、鍶、鋇：將及氧化物與鋁於高溫下反應，即可製得。反應如下所示： 6CaO(s) 2Al(s) 3Ca(s) Ca3Al2O6(s) 3SrO(s) 2Al(s) 3Sr(s) Al2O3(s)
3BaO(s) 2Al(s) 3Ba(s) Al2O3(s) 3.性質： (1)鹼土金屬元素的金屬鍵強度比鹼金屬元素為強，故沸點、熔點、硬度均較同週期鹼 金屬元素高。 (2)鹼土金屬，因其化性活潑，在自然界並無元素態存在，都以化合物狀態存在。 (3)價電子組態都是ns2，故氧化數均為 2 。 (4)強還原劑。(02) (5)其熔點、沸點、莫耳汽化熱、密度不具有規律性。(因為晶體堆積不規則) (6)其硬度隨原子序增加而減少。 (7)隨原子序增加而增加的有原子半徑、離子半徑、活性、金屬性、還原力、氧化物與 氫化化物的鹼性。 (7)燄色實驗：Be無色、Mg無色、Ca橘色、Sr深紅、Ba黃綠色。 (8)鹼土金屬會與大多的非金屬元素作用；如鎂帶可於空氣中燃燒，反應激烈並產 生白光，方程式如下：2Mg(s) O2(g) 2MgO(s)。 而鎂亦可與氮氣或二氧化碳反應，其反應方程式如下所示： 3Mg(s) N2(g) Mg3N2(s) 2Mg(s) CO2(g) 2MgO(s) C(s) (9)將鹼土金屬元素置於空氣中，其表面會產生一層氧化物保護層，使得內部金屬 部在氧化。但鋇金屬則無法形成保護層，所以於潮濕的空氣中會起火燃燒。 (10)鹼土金屬元素(Be例外)均可與水作用產生氫氣，Be、Mg只能與與沸水或水 蒸氣反應，而Ca、Sr、Ba則只需要與冷水就可起劇烈反應。故Ca、Sr、Ba 需儲存於石油中。 (11)氧化電位高低 BeMgCaSrBa。 (12)還原(劑)力強弱BeMgCaSrBa。 (13)活性大小順序 BeMgCaSrBa。 4.用途：鈹、鎂、鈣主要用於製造合金，而鍶、鋇、鐳則暫無商業上用途。 IA 與 IIA 的比較 比較 性質 原因 IIA IA 1.原子(離子)半徑、原子容 因 IIA 具有較大的核電荷。 2.化合物的溶解度 IIA 離 子 形 成 2 M ， 而 IA 則 形 成 M ； 所 以 IIA 離子引力大，不易溶解。 3.還原力、氧化電位 因 IA 昇華熱及游離能小 4.活性 因 IA 價電子只有 1 個，易失去形成M 5.電子親和力 IIA 之
ns
軌域已填滿較安定，但 IA 為半填滿 6.鹵化物之離子性 IA 之游離能較 IIA 小 IA IIA 1.金屬鍵、熔點、沸點、熔 化熱、汽化熱、昇華熱 IIA 價電子數及帶電皆比 IA 多，故M2較M 對電子吸引力強2.離子水合能 IIA 電荷大半徑小
3.游離能 IIA 核電荷大
1.若含該金屬離子溶液之焰色實驗為深紅色，而且其水溶液加入硝酸銀水溶液或稀硫酸
皆會產生白色沉澱，則該溶液是 (A)NaCl (B)Ca(NO3)2 (C)BaCl2 (D)SrCl2。(D)
2.下列關於鹼金族及鹼土金族元素敘述中，正確的是 (A)鹼金族元素中，原子量較大者 通常較不活潑，可在自然界中以元素態存在 (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，無法形成 2 氧化態化合物 (C)鹼土金族元素最外 殼則是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。(71 日大) 3.試比較Na、Mg 的下列性質大小： (1)金屬鍵強弱 (2)熔點高低 (3)硬度
4.下列同週期的 IA 、 IIA 元素的性質比較中，都是 IIA 較大的有 (A)金屬鍵強度 (B)熔 點 (C)硬度 (D)原子質量 (E)沸點。
二.常見的含有鹼土族金屬元素的化合物： 1.氧化鎂(MgO)：俗稱苦土。 (1)製備： a.將菱鎂礦(MgCO3)加熱即可。方程式如下所示： MgCO3MgOCO2 b.將鎂於空氣下燃燒即可。方程式如下所示： 2MgO22MgO 。 (2)性質與用途： a.閃光燈炮之原料：鎂與氯酸鉀(KClO3)之混合物。 b.製造制酸劑：MgOH2OMg(OH)2。 c.熔點高約2800oC ，所以耐火，可作為坩鍋、 耐火爐及電爐襯裡。 2.氧化鈣(CaO)：俗稱生石灰、石灰。 (1)製備：將灰石(CaCO3)直接強熱即可。 其實驗裝置如圖11 4 所示。 反應方程式如下所示： 圖11 4 工業上利用石灰窯製CaO CaCO3(s) CaO(s) CO2(g)。 (2)性質與用途： a.其水溶液呈鹼性，溶於水會變成石灰水(Ca(OH)2)；該水溶液若遇二氧化碳則變 成 混 濁(產生白色碳 酸鈣沉澱 )，若繼續加二氧化碳則又變成 澄清水溶液 ) ) ( (Ca HCO3 2 ，故可檢驗二氧化碳的存在。相關方程式如下所示： CaO(s) H2OCa(OH)2(aq) Ca(OH)2 CO2 CaCO3(s) H2O CaCO3(s) H2OCO2 Ca(HCO3)2(aq) b.會吸收空氣中的水蒸氣。 c.製造電石(CaC2)，進而製得乙炔(C2H2)。方程式如下： CaO C oC CaC CO 3 3000 2 CaC2 2H2OCa(OH)2C2H2
d.製造漂白粉Ca(OCl)Cl：CaOCl2 Ca(OCl)Cl。
e.食品或照相器材的乾燥劑。
3.碳酸鈣(CaCO3)：俗稱灰石，大理石的主要成分。 (1)製備：直接將二氧化碳通入石灰水(Ca(OH)2 aq( ))即可。若二氧化碳的量過多，則 又會變成可溶性的碳酸氫鈣(Ca(HCO3)2)。方程式如下所示： Ca(OH)2(aq) CO2(g) CaCO3(s) H2O(l) ) ( 3 2 ) ( 2 2 ) ( 3s H O CO ( ) Caaq HCO aq CaCO 過量 (2)性質與用途： a.難溶於水，但遇二氧化碳時則會生成可溶性碳酸氫鈣(Ca(HCO3)2)。方程式如下： 2 2 ) ( 3 H O CO CaCO s Ca(HCO3)2(aq) b.將碳酸氫鈣水溶液(Ca(HCO3)2)煮沸，則會放出二氧化碳並產生碳酸鈣沉澱，所 以是鍋垢的成分之ㄧ。方程式如下： Ca(HCO3)2(aq) CaCO3(s)H2OCO2。 c.石筍與鐘乳石的形成。其原因是水中的碳酸氫鈣受熱時會析出碳酸鈣。為一可逆反 應。如圖11 5 所示。 d.遇酸會溶解並產生二氧化碳氣體。方程式如下： CaCO32HClCaCl2CO2H O2 。 圖11 5 鐘乳石與石筍的轉換 4.硫酸鈣(CaSO4)：自然界所存在的硫酸鈣(CaSO42H O2 )，俗稱石膏，是半透明纖 維狀晶體。 (1)性質： a.石膏加熱至125oC時，會失去部分結晶水而變成熟石膏 4 2 2 ((CaSO ) H O)，方程式 如下： 125 4 2 4 2 2 2 2( 2 ) oC ( ) 3 CaSO H O CaSO H O H O。 b.若將熟石膏再加水變成石膏，則會產生硬化現象。上述反應之逆反應。 c.若將石膏將熱至200oC，則變成無水硫酸鈣，可用於製作粉筆。 (2)用途：常用於製模、塑像、外科固定骨骼的材料與粉筆。 5.硫酸鎂(MgSO4)： (1)製備： a.存在於自然界的一種鹽類。 b.將硫酸與菱鎂礦一起反應即可。反應方程式如下：
H SO2 4(aq)MgCO3( )s MgSO4(aq)H O2 ( )l CO2( )g (2)性質與用途： a.醫學上作為瀉劑(MgSO47H O2 )，俗稱瀉鹽。 b.工業上用於鞣皮及染色鞣皮。 鈣及其化合物間的反應 6.以氫離子型的陽離子交換樹脂來交換10mL的氯化鈣溶液中的鈣離子，所得之溶液需 用0.1M 的氫氧化鈉20mL方可中和，則原先溶液中的氯化鈣濃度是多少？ 7.下列關於鹼土金屬化合物的敘述中，錯誤 的是 (A)氧化鎂、俗稱苦土；易溶於水而成 強鹼性之氫氧化鎂 (B)MgSO4 7H2O俗稱瀉鹽，醫藥上用作瀉劑 (C)自然界中的石 鐘乳及石筍之主要成分為CaSO4 (D)將灰石強熱即得熟石灰 (E)熟石膏遇水可化合 成石膏而產生硬化現象，且硬化時體積稍脹。 8.寫出下列各化合物的俗稱與化學式 (1)氧化鈣 (2)氫氧化鈣 (3)CaSO42H O2 (4)灰石 (5)石灰 (6)熟石膏
醋酸鈣Ca(CH3COO)2 (D)碳酸鈣CaCO3。 10.下列各化合物中，呈鹼性且可作為食品與照相器材的乾燥劑的是 (A)氫氧化鋁 (B)碳 酸鈣 (C)氧化鈣 (D)硫酸鈣。 11.下列有關含有鹼土金屬化合物的敘述中，錯誤的是 (A)氧化鈣與水作用，生成熟石 灰並放出大量的熱 (B)六水合的氯化鈣晶體溶入冰水中，為吸熱反應 (C)牙膏中常含 有硫酸鈣，主要當磨擦劑 (D)石膏的化學式為CaCO32H O2 (E)不含水的硫酸鈣常用 來當作乾燥劑。
12.要區別CaCO3( )s 與MgSO4( )s ，用下列哪一個方法最方便？ (A)加入NaOH(aq) (B)加入
2 5 ( )l C H OH (C)加入HCl(aq) (D)加入水。 13.取不純的大理石 20.0 公克溶於0.2M 、100mL的HCl(aq)，大理石完全溶解後，加熱將 2 CO 完全趕出，須以0.1M、20mL的NaOH(aq)方能中和，則大理石的純度是多少？ (A)4.5% (B)8.6% (C)10.2% (D)12.8%。
14.水中含有何種物質後，可以增加CaCO3( )s 與MgCO3( )s 的溶解度？ (A)CO32
(B)OH
15.下列鹼土金屬的硫酸鹽類，在水中的溶解度最大的是 (A)硫酸鋇 (B)硫酸鍶 (C)硫酸 鈣 (D)硫酸鎂。 <Homework 11-2> 1.下列關於鹼土金屬元素的敘述中，正確的是 (A)元素的價電子組態均為ns2 (B)其離 子化合物中氧化數為 2 (C)鹼土金屬元素形成金屬固體時，金屬鍵比鹼金屬強 (D)鹼 土金屬元素在室溫時均可與水作用產生氫氣 (E)鹼土金屬元素的熔點隨原子序增加而 增大。(ABC) 2.下列各種性質中，屬於鹼土金屬的是 (A)沸點隨原子序增加而增高 (B)皆可與室溫的 水反應(C)在空氣中，表面上皆可產生氧化物保護層而使內部金屬不再繼續被氧化 (D) 化合物的氧化數為 2 。(D) 3.下列有關鹼金族元素與同列鹼土金族元素的比較中，錯誤的是 (A)鹼金族元素的沸點 小於鹼土金族元素 (B)鹼金族元素的氧化數小於鹼土金族元素之氧化數 (C)鹼金族元 素的硬度大於鹼土金族元素之硬度 (D)鹼金族元素的熔點低於鹼土金族元素之熔點。 (C) 4.焰色反應呈黃綠色，當其水溶液加入Pb(NO3)2或稀硫酸時，都會產生白色沉澱，則
此水溶液可能是 (A)Ca(NO3)2 (B)NaCl (C)BaCl2 (D)SrCl2。(C)
5.下列各種化合物中，在醫藥上可作為制酸劑的是 (A)NaHCO3 (B)NaOH (C)BaSO4
(D)CaCO3 (E)Mg(OH)2 (ADE)
6.完成下列反應方程式並平衡之。 (1)MgN2 (2)MgCO2 (3)BaH2O (4)CaOC 7.下列物質中，可與水化合時產生硬化現象且硬化時體積稍脹，用來製模和塑像者的是 (A)CaCO3 (B)Ca(OH)2 (C)CaSO42H O2 (D)(CaSO4 2) H O2 。(D)
8.寫出下列物質的化學式 (1)熟石膏 (2)石膏 (3)灰石 (4)生石灰。 9.碳酸鈣難溶於水，但可溶於下列何項水溶液？ (A)HCl( g) (B)CO2 g( ) (C)乙醇 (D)氨 (E)丙酮。(AB) 10. 將 石 膏 (CaSO42H O2 )加 熱 到125oC， 會 失 去 部 分 的 結 晶 水 而 變 成 熟 石 膏 4 2 2 ((CaSO ) H O)，試 問失 去結 晶水 的熟 石膏 之重 量為 原來 石 膏 重量 的多 少%？ (Ca40、S 32) (A)63.2 (B)72.5 (C)84.3 (D)92.3。(C) 11-3 鋁及其化合物 一.鋁的存在： 1.地殼中含量最豐富的金屬元素，主要是以3價的化合物存在。地殼中元素含量大小 順序，氧>矽>鋁>鐵。 2.主要的鋁礦有鋁礬土(Al O xH O2 3 2 )與冰晶石(Na AlF3 6)。 二.鋁的性質： 1.價電子組態為3s23p1。 2.鋁合金常用於飛航工業。 3.活性大，易與氧結合形成 Al2O3(s)，所以，在自然界都以化合物狀態存在；亦可和 ) ( 2 g N 反應得AlN( s)。且所形成的氧化鋁薄膜，此薄膜排列緻密，可保護內部防止 生鏽。 4.鋁為銀白色、密度低、質軟、熔點低的金屬。 5.富延展性，易於加工處理。 6.電、熱良導體。 7.因為Al3離子半徑小，所以正電荷密度大，水合能放熱大，且與其他陰離子結合之 鍵能很大。 8.為強還原劑，所以在冶煉工業上用途很大。如，鍊鐵。方程式如下： 2Al(s) Fe2O3(s) 2Fe(s) Al2O3(s) H 849kJ
9.鋁於高溫時，可與鹵素生成鹵化鋁。方程式如下：2Al(s) 3Cl2(g) Al2Cl6(g)。 10.兩性金屬，表不可溶於水，但可溶於強酸或強鹼。方程式如下： 2Al6H 2Al3 3H2 2Al2OH 6H2O2Al(OH)43H2 11.鋁化合物的鍵結具有很強的共價性，如氯化鋁 在178oC會昇華。其結構如圖11 6 所示。 圖11 6 Al Cl2 6的結構 三.鋁的製備：工業製鋁是以電解法來電解熔融的氧化鋁(Al2O3)。 1.原料：鋁礬土，只要成份是氧化鋁(Al2O3)、偏鋁酸。 2.過程： step1清除鋁礬土的雜質。將鋁礬土與氫氧化鈉共熱。方程式如下： Al2O3(s)2OH(aq) 3H2O2Al(OH)4(aq) step2過濾溶液，加酸通入二氧化碳，使Al2O3沉澱。方程式如下： 2Al(OH)4(aq) 2CO2(g) Al2O3(s) 2HCO3(aq)3H2O step3電解熔融氧化鋁，用冰晶石(Na3AlF6)作助熔劑。 3.郝耳法電解： (1)全反應： ) ( 2 ) ( ) ( ) ( 3 2 3 4 3 2Al O l Cs 電解 All CO g 陰極： ( ) () 2( ) 2 ) ( 3 ) (l 6Ol 3Cs 4All 3CO g Al 陽極：2O(l) O2(g) 4e C(s) O2(g) CO2(g) (2)電解槽裝置：如圖11 7 所示。 圖11 7 郝耳電解裝置 四.鋁的用途： 1.建築用物質：如門窗。 2.廚房用具、日常用具、鋁罐與鋁箔的製作。 3.製造電纜線。質輕不易氧化可保護內部。 4.製作合金。質輕而堅韌，可作為飛機、汽車引擎的主要材料。 1.若鐵鋁氧石中含有31%的Fe2O3與69%的Al O2 32H O2 ，則須多少的此鐵鋁礦，才 可製造出270g的鋁金屬？(Al 27)
2.若鐵鋁氧石中含有20%的Fe2O3與80%的Al O2 32H O2 ，則2.76kg的此鐵鋁礦，
可製造出多少鋁金屬？
3.鋁金屬具有下列哪些性質？ (A)可與鹽酸反應 (B)可與NaOH(aq)反應 (C)密度小於鐵
(D)熔點較銅高 (E)在空氣中易產生氧化物保護膜。 4.試寫出可表示Al為兩性元素的化學反應方程式。 5.下列各金屬元素中，屬於兩性金屬元素的有 (A)鐵 (B)鋅 (C)鉻 (D)鎂 (E)鋁。 6.下列關於鋁的冶煉及其合金的敘述中，正確的是 (A)鋁的比重小，故常用純鋁來做飛 行器材 (B)純鋁具有延展性，為電熱的良導體 (C)電解法製鋁，須耗相當多的電量， 故已捨棄不用 (D)常用來冶煉鋁的礦石是冰晶石。 7.鋁金屬之所以抗蝕的原因是 (A)是兩性金屬 (B)易氧化，但可形成保護膜 (C)不是一種 強的還原劑 (D)其氧化物難溶於水。 四.含鋁的化合物：
1.氧化鋁(Al2O3)：俗稱鋁礬土。 (1)存在：大多存在於礦石中，如 a.剛玉：純粹氧化鋁之無色晶體，珍貴寶石。 b.剛石粉：不純的剛玉，含有Fe3O4，呈黑色。 c.紅寶石：另含有少量Cr2O3，呈紅色。 d.藍寶石：含有少量的Fe2O3與TiO2，呈藍色。 (2)製備：氫氧化鋁( (Al OH) )3 強熱即可得到白色粉末狀的氧化鋁。反應式如下所示： 2Al(OH)3 Al2O33H2O (3)性質與用途： a.做人造寶石：將氧化鋁加熱熔化，並填入些許的過渡金屬氧化物，在養晶即可得 之。 b.兩性氧化物：反應方程式如下： Al O H Al3 H2O 3 2 6 2 3 Al O2 3 2OH 3H O2 2 (Al OH) (4 ) 鋁酸根離子 2.氫氧化鋁(Al(OH)3)： (1)製備：加氨水於含有鋁鹽之溶液或通二氧化碳於鋁酸鈉水溶液(NaAl(OH)4 aq( ))， 即可製得白色沉澱物。方程式分別如下所示： ) ( 3 ) ( 3 ) (aq 3OH aq Al(OH) s Al (不可用強鹼) Al(OH)4(aq)CO2(g) Al(OH)3(s) HCO3(aq) (2)性質與用途： a.兩性氫氧化物。反應方程式如下： Al OH H Al3 H2O 3 3 3 ) ( 4 3 ( ) ) (OH OH Al OH Al b.能膠結水中的濁質而使其沉澱，故可做淨水劑。 c.能吸附色質或與之化合，使其固著於棉紗之纖維，故用作媒染劑。 3.礬類： (1)通式： 3 4 2 2 ( ) 12 M M SO H O 或者 2 2 4 2 2 ( ) 12 M N SO H O 。 (2)明礬(KAl SO( 4 2) 12 H O2 )：俗稱鉀礬或鉀鋁鹽。 a.製造：將硫酸鋁和硫酸鉀適量混合後蒸發而得。方程式如下所示： Al SO2( 4 3) K SO2 424H O2 2KAl SO( 4 2) 12 H O2 b.性質與用途： (a)無色八面晶體。 (b)溶於水可得鉀離子(K)、鋁離子(Al3)與硫酸根( 2 ) 4 SO 。 (c)可做淨水用的凝聚劑，因為鋁離子(Al3)會與水作用產生氫氧化鋁( ( ) ) 3 OH Al 。 (d)作媒染劑。
(3)常見之礬類： 4 ( 4 2) 12 2 NH Al SO H O銨礬(無色)又稱為銨鋁礬、銨明礬。 4 2 2 ( ) 12 KFe SO H O鐵礬(淡紫色)又稱鉀鐵礬、鐵明礬。 4 2 2 ( ) 12 KCr SO H O鉻礬(黑紫色)又稱鉀鉻礬、鉻明礬。 4 2 2 ( ) 12 KMn SO H O錳礬(淡紅色)又稱鉀錳礬、錳明礬。 8.下列各種物質中，可當做淨水劑及媒染劑的有 (A)Al(OH)3 (B)氧化鋁 (C)硫酸鋁 (D) 氯化錫 (E)明礬。 9.下列關於鋁及其化合物的敘述中，正確的有 (A)鋁是地殼中含量最多的金屬元素 (B) 鋁是一種兩性元素，也是強的還原劑 (C)冰晶石作為煉鋁的助熔劑 (D)氧化鋁為兩性 的氧化物 (E)電解熔化的氧化鋁於電解槽的陽極產生金屬鋁。 10.下列關於含鋁化合物的敘述中，錯誤的有 (A)KAl SO( 4 2) 12 H O2 為一八面體結構 (B) 4 2 2 ( ) 12 KAl SO H O可做媒染劑 (C)Al(OH)3為兩性氫氧化物，所以可溶於氨水 (D) 純的Al2O3中，若含有少量的Cr2O3，則呈紅色，是所謂的紅寶石。 11.工業上，欲由礦石或其他物質中提煉出金屬或非金屬，得利用電解法的有 (A)Na (B)Fe (C)Zn (D) Al (E)F2。 12.下列關於礬的敘述中，正確的是 (A)礬是一種複鹽，且均為無色 (B)明礬之水溶液呈 酸性 (C)礬的組成相似，其晶形相同，所以為同素異形體 (D)明礬可當淨水劑 (E)其 通式為M M3 (SO4 2) 12H O2 。
13.下列各化合物中，最適合用來分離Fe(OH)3與Al(OH)3的是 (A)鹽酸水溶液 (B)氨 水溶液 (C)氫氧化鈉水溶液 (D)氫氟酸。 14.下列關於鋁化合物的敘述中，正確的是 (A)Al(OH)3屬於兩性物質，可溶於氨水 (B)純的Al O2 3中含有少量Cr O2 3會呈現藍色為藍寶石 (C)KAl SO( 4 2) 12 H O2 可作媒染 劑 (D)KAl SO( 4 2) 12 H O2 屬於四面體結構。 15.鋁金屬具有下列哪些性質？ (A)可與鹽酸作用 (B)可於氫氧化鈉作用 (C)密度小於鐵 (D)熔點比銅高 (E)在空氣中，易氧化生成氧化物保護內部。 <Homework 11-3> 1.下列各種金屬元素中，屬於兩性元素的是 (A)鋁 (B)鉻 (C)鋅 (D)鐵 (E)鈉。(ABC) 2.郝耳法是最主要的工業製鋁法，將鋁礬土除去鐵雜質後，在電解槽中與冰晶石 6 3 (Na AlF ，溶點1000 Co )混合進行電解，則
(1)鋁礬土主要成分的是？(Al2O3)。 (2)電解時槽內反應溫度是950oC，鋁礬土及冰晶石混合的電解質呈物質三態中的？ (液態) (3)寫出此電解反應的化學方程式。 (4)若電解後收得 27 克的純鋁：(Al27、1 法拉第 96500 庫侖) (a)至少需要鋁礬土多少克？(51g) (b)需要多少庫侖電量？(3F 2.9105) 3.煉鋁工業中，常使用NaOH 來除去礬土中的雜質。寫出該反應方程式並平衡之。 4 2 3 2O 2OH 3H O 2Al(OH) Al 2Al(OH)42CO2 Al2O32HCO33H2O 4.藍寶石是氧化鋁的礦物中，另含有下列何種離子而呈藍色的寶石？ (A)Fe2 (B) 3 Fe (C)Ti4 (D)Cu2 (E)Mn2。(ABC) 5.利用Al2O3為原料來冶煉Al，需要加入 物質為助熔劑。(Na3AlF6) 6.試寫出Al、Al2O3、Al(OH)3三種物質分別與強酸、強鹼作用的產物。 7.同濃度的下列各種溶液中，(甲)明礬 (乙)食鹽 (丙)小蘇打(丁)氫氧化鈉，其 pH 值的 大小順序是丁>丙>乙>甲。 8.下列關於鋁化合物的敘述中，正確的是 (A)粉狀Al2O3 為無定形，可溶於氨水 (B)欲
製備Al(OH)3，可利用 Al(NO3)3加入過量的NaOH 即可 (C)紅寶石是晶狀 Al2O3
中含有微量的Cr2O3 (D)明礬具有淨水作用是因為其水解會產生氫離子。(C) 9.下列有關鋁化合物的敘述中，正確的是 (A)明礬具有淨水作用是因為水解後產生氫離 子 (B)紅寶石是晶狀的Al2O3中含有微量的所致 (C)粉狀的Al2O3為無定形物，可溶 於濃鹼溶液與氨水 (D)欲製 Al(OH)3可由過量的Al NO( 3 3) 加過量的氫氧化鈉溶液製 得 (E)鋁熱劑中的鋁是氧化劑。(B) 11-4 錫、鉛及其化合物 一.錫： 1.性質： (1)為週期表IVA族元素，價電子組態為5s25p2，故常見的氧化數為 2 與 4 。以 氧化數 4 的化合物較穩定，故 2 的錫化合物是一良好的還原劑。 (2)常溫下，會氧化產生一層氧化物的保護膜，可抗腐蝕。如鐵罐鍍錫即是俗稱的馬口 鐵。 (3)高溫下，錫可與氧氣作用生成二氧化錫。方程式如下所示： Sn(s)O2(g) SnO2(s)。 (4)熔點不高，大約只有232oC。
(5)可與強酸或強鹼作用，是一兩性元素。方程式如下所示： 2( ) 2 ) ( ) ( ) (s 2H aq Snaq H g Sn 2( ) 2 ) ( 4 ) ( 2 ) ( ) (s 2OH aq 2H Ol Sn(OH) aq H g Sn (6)銀白色金屬，沒有毒性，但若形成有機錫，則具有毒性。 2.製備：利用碳加熱錫礦石(SnO2)即可得錫。方程式如下： SnO2(g)C(s) Sn(s)CO2(g) 3.用途： (1)製錫箔；可用於電學器械或包裝材料上，但已被鋁箔取代。 (2)製馬口鐵：鐵片上鍍錫，使外觀亮麗，並可防鏽，用於製作罐頭容器。 (3)製合金： a.銲蠟：錫鉛等比例混合所組成，熔點低，易附著於金屬表面，用以焊接金屬。 b.活字金：5%錫、20%銻、75%鉛，即可製成印刷的鉛字。 二.含錫的化合物： 1.氯化亞錫(SnCl2)：亦可稱之為氯化錫(II)。 (1)製備：直接將錫與氯化氫氣體作用即可。方程式如下所示： Sn(s) 2HCl(g) SnCl2(s) H2(g) (2)性質與用途： a.強還原劑；易氧化成 4 的氯化錫(SnCl4)。方程式如下所示： SnCl22FeCl3 SnCl4 2FeCl2 Sn MnO H Sn4 Mn2 H2O 4 2 2 16 5 2 8 5 Sn CrO2 H Sn4 Cr3 H2O 7 2 2 14 3 2 7 3 b.無色固體；若含有結晶水(SnCl22H O2 )，則為無色針狀晶體。 2.氯化錫(SnCl4)： (1)製備：於氯化亞錫溶液中通入過量的氯氣即可製得。方程式如下所示： SnCl2 Cl2(g) SnCl4(l) (2)性質與用途： a.無色發煙液體，bp114oC。 b.製造煙霧；將氯化錫之蒸氣、氨與水蒸氣混合即可生成氫氧化錫及氯化銨之微粒 而呈濃煙狀，軍事上用以製煙幕。方程式如下所示： SnCl4(g) 4NH3(g) 4H2O(g) Sn(OH)4(s) 4NH4Cl(s) 1.下列關於錫的各項敘述中，正確的是 (A)鍍錫的鐵板俗稱白鐵，可做罐頭容器 (B)價 電子組態為4s24p2 (C)氯化亞錫為一強氧化劑 (D)Sn2的活性比Sn4大。
2.下列關於含錫化合物的敘述中，正確的是 (A)SnCl2為液體 (B)SnCl4為固體 (C) 2 SnCl 可當作還原劑 (D)SnCl4可由錫與鹽酸反應製得。 3.下列各種試劑中，會與錫發生反應的是 (A)鹽酸 (B)食鹽水 (C)乙醇 (D)丙酮。 4.俗稱的馬口鐵是鐵表面上鍍上何種金屬而成？ (A)錫 (B)鋅 (C)鉻 (D)銀。 5.下列各種還原劑中，常用來還原錫石而製得錫的是 (A)碳 (B)氫 (C)鋁 (D)鎂。 三.鉛： 1.性質： (1)為週期表IVA族元素，價電子組態為6s26p2，故常見的氧化數為 2 與 4 。以 氧化數 2 的化合物較穩定，故 4 的鉛化合物是一良好的氧化劑。 (2)常溫下，會氧化產生一層鹼式碳酸鉛的氧化物保護膜(Pb OH( )2PbCO3)，可抗腐 蝕。 (3)高溫下，鉛可與氧氣作用生成一氧化鉛或四氧化三鉛。方程式如下所示： 2Pb(s)O2(g) 2PbO(s)。 3Pb(s) 2O2(g) Pb3O4(s) (4)熔點不高，大約只有328oC。 (5)可與強酸或強鹼作用，是一兩性元素。方程式如下所示： 2( ) 2 ) ( ) ( ) (s 2H aq Pbaq H g Pb 2( ) 2 ) ( 4 ) ( 2 ) ( ) (s 2OHaq 2H Ol Pb(OH) aq H g Pb
(6)銀白色金屬，極毒的重金屬；因為Pb2會與酵素作用，產生沉澱物，使生物的代 謝過程失去生理作用。 2.製備：先將方鉛礦(PbS)煅燒成一氧化鉛，再利用碳還原而得。方程式如下： 2PbS(s) 3O2(g) 2PbO(s) 2SO2(g) 2PbO(s) C(s) 2Pb(s)CO2(g) 3.用途： (1)製鉛磚或鉛衣；因為比重大，可防止 X 射線可及其他放射線侵害人體。 (2)鉛蓄電池的負極。 (3)製合金： a.銲蠟：錫鉛等比例混合所組成，熔點低，易附著於金屬表面，用以焊接金屬。 b.活字金：5%錫、20%銻、75%鉛，即可製成印刷的鉛字。 (4)保險絲；電阻稍大、熔點稍小。 (5)含鉛汽油添加劑；四乙基鉛(Pb(C2H5)4)。 四.含鉛的化合物： 1.一氧化鉛(PbO)：俗稱密陀僧。 (1)製備：將鉛或硝酸鉛於空氣中加熱即可。方程式如下所示： 2Pb(s)O2(g) 2PbO(s) 2Pb(NO3)2(s) 2PbO(s) 4NO2(g)O2(g) (2)性質與用途： a.淡黃色結晶粉末。 b.兩性氧化物。 c.常用於製玻璃、琺瑯、釉藥與其他含鉛化合物。 2.四氧化三鉛(Pb3O4)：俗稱鉛丹。 (1)製備：將一氧化鉛於空氣中加熱至500oC即可。方程式如下所示： 6PbO(s) O2(g) 500C 2Pb3O4(s) o (2)性質與用途： a.鮮紅色粉末。 b.與油類相調合，塗於鐵器可防鏽。 3.二氧化鉛(PbO2)： (1)製備：將四氧化三鉛與硝酸作用即可。方程式如下所示： Pb3O4(s)4HNO3(aq) PbO2(s)2Pb(NO3)2(s) 2H2O(l) (2)性質與用途： a.棕色粉末。 b.加熱時會產生氧氣，是一氧化劑。方程式如下所示： 2PbO2(s) 2PbO(s)O2(g) c.可製作鉛蓄電池的正極。
d.兩性氧化物。
4.鉻酸鉛(PbCrO4)：俗稱鉻黃。
(1)製備：將鉻酸鉀與鉛鹽作用即可。方程式如下所示： K2CrO4(aq) PbSO4(aq) PbCrO4(s) K2SO4(aq)
(2)性質與用途： a.黃色粉末，為重要的黃色顏料，如公路上的黃線即含有鉻黃。 <補充>：鉛蓄電池的正負極反應： 陽(負)極Pbs SO2aq PbSO4(s) 2e ) ( 4 ) ( 陰(正)極 ( ) 4( ) 2 () 2 ) ( 4 ) ( 2s SO aq 4H aq 2e PbSO s 2H Ol PbO 含鉛化合物的變化圖 6.下列關於錫、鉛及其化合物的敘述中，正確的是 (A)鉛常被鍍於鐵器的表面，作為罐 頭的容器 (B)錫與酸作用生成氫氣 (C)錫與氯化氫氣體作用生成氯化亞錫與氫氣 (D) 鉛及其化合物，可能導致人類不孕症 (E)方鉛礦的主要成分為氧化鉛。
7.下列各種試劑中，會與鉛反應的有 (A)氨水 (B)乙醇 (C)KOH(aq) (D)HNO3 aq( ) (E)
) (aq
NaOH 。
8.下列關各種金屬中，會在空氣中發生氧化並產生氧化物保護膜的有 (A)Al (B)Pb
9.於含鉛的化合物中，常見的鉛之氧化數有 (A) 2 (B) 1 (C) 2 (D) 4 (E)6。
10.下列有關錫與鉛及其化合物的敘述中，正確的是 (A)SnCl4在軍事上可作煙幕彈原料
(B)Pb NO( 3 2) 加熱分解，可產生NO2與O2兩種氣體 (C)SnCl2在酸性溶液中，可使
4
MnO退色 (D)PbO2可作鉛蓄電池的負極板 (E)配置SnCl2水溶液時，需加入少許的
<Homework11-4> 1.下列關於錫的各項敘述中，錯誤的是 (A)常溫下SnCl4呈液態 (B)SnCl2較SnCl4安 定 (C)SnCl2是較強的還原劑 (D)SnCl2可使過錳酸根離子退色。(B) 2.下列各物質中，可當作還原劑的是 (A)SnCl4 (B)PbO2 (C)SnCl2 (D)Pb3O4。(C) 3.下列各項敘述中，正確的是 (A)SnCl4於軍事上可當作煙幕 (B)PbO2可作鉛蓄電池 的正極 (C)鉛丹(Pb3O4)與油類互相調和可塗於鐵器防鏽 (D)PbCrO4俗稱鉻黃 (E) 2 SnCl 可使過錳酸根離子退色。(ABCDE) 4.下列關於鉛與錫性質的敘述中，正確的是 (A)兩者活性大，故冶煉時常用電解法 (B) 印刷用的活字金是錫、鉛、銻的合金 (C)均為兩性元素 (D)價電子組態均是ns2np4 (E) 鉛以 2 的氧化態較穩定，而錫則是 4 。(BCDE) 5.下列各元素中，屬於兩性元素的是 (A)鎂 (B)錫 (C)鉛 (D)鋁 (E)鐵。(BCD) 6 試寫出下列各化合物之化學式及其主要用途。 (1)明礬 KAl SO( 4 2) 12 H O2 ，可代替硫酸鋁做媒染劑、淨水劑及造紙、製革之用。 (2)密陀僧一氧化鉛(PbO)，用以製玻璃、琺瑯及釉藥等。 (3)鉛丹四氧化鉛(Pb3O4)，與油類相混合，塗於鐵器可防生鏽。 7.下列關於錫和鉛的敘述中，錯誤的是 (A)因為熔點不高，較易由礦石的還原製得 (B) 均為兩性元素 (C)皆為IVA族元素 (D)反應Sn4 Pb2 Sn2 Pb4為向右自發反應。 (D) 8.下列各離子中，比較不安定亦被氧化的是 (A)Fe2 (B)Zn2 (C)Pb2 (D)Sn2 (E) 2 Mg 。(BCE) 9.欲使1莫耳的氯化亞錫(SnCl2)完全氧化成氯化錫(SnCl4)，則需消耗2.0M 的過錳 酸鉀溶液(KMnO4 aq( ))多少毫升？(200) 11-5 過渡元素： 在週期表中，當元素的價電子先填入原子的外層軌域，再填入d 軌域者，則稱之為 過渡元素；若元素的價電子先填入原子的外層軌域，再填入 f 軌域者，則稱之為內過
渡元素。 一.性質：
1.成員：鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅
) (Cu 、鋅(Zn)。 2.過渡元素均為金屬元素，具金屬光澤，並為電、熱之良導體。 3.除 IIB 族的鋅(4s23d10)、鎘(5s24d10)、汞(6s25d10)與銅(4s13d10)外，其餘原子 的d 軌域均未填滿。 4.除 IIB 族的鋅(4s23d10)、鎘(5s24d10)、汞(6s25d10)，因
ns
及(n1d)的價軌域 已完全填滿，陽離子電荷密度小，故金屬鍵較弱，導致熔點、沸點、汽化熱較低；而 其餘的過渡元素均為高熔點、高沸點及高汽化熱。 5.具有多種的氧化態，可形成各種化合物。如，錳具2MnCl2、3Mn2O3、 2 4 MnO 、 2 4 6 MnO 及7MnO4。 6.化合物大部份具有顏色，因為過渡元素大都具有未填滿電子之d 軌域及未成對電子。 如，鉻酸鉀(K2CrO4)呈黃色、含結晶水硫酸銅(CuSO45H O2 )呈藍色。然而未具有 d 軌域價電子(Sc3、Ti4)或d 軌域均填滿(Zn2、Cd2、Hg2、Ag、Cu)時， 則其水溶液呈現無色。 7.易形成合金。如，青銅(銅、錫)、黃銅(銅、鋅)、不鏽鋼(鐵、鉻、鎳)。 8.該系列元素的化學性質，沒有其規律性。 9.氧化物的酸鹼性；隨氧化數的增加，該氧化物的酸性易隨之增加。如，CrO 2 鹼性、Cr2O3 3 兩性、CrO3 6 酸性；MnO、Mn2O3 2、 3鹼性、 4 2 MnO 兩性、MnO3、Mn2O7 6、 7酸性。 10.原子量隨原子序的增大而增大(例外：CoNi) 11.原子半徑及離子半徑，均隨原子序的增加而增加；由Sc 至Ni持續減小，但變化 不大。 二.常見的過渡元素離子顏色： 藍色Cu2、Cr2。 淡粉紅色Mn2。 綠色Cr3、Fe2。 淡黃色 Fe3。 無色Co2、Cu。 三.常見的含過渡元素化合物顏色： 黑色CuO、CuS 。 淡粉紅色MnS。 綠色Cr2O3、K2MnO4。 藍色CuSO45H O2 、Cu(OH)2、 2 4 CoCl 、 2 4 3) (NH Cu 。紅色 3 6 ) (CN Fe 、FeSCN2。 1.第一列過渡元素中， (1)半填滿軌域最多的元素是？ (2)半填滿的d 軌域最多的元素是？ (3)d 軌域全滿的是？ 2.下列關於第一列過渡元素的敘述中，正確的有 (A)都是金屬，且為電、熱的良導體 (B) 大部分含有過渡元素之化合物具有顏色 (C)大部分都有多種氧化數 (D)大部分都有未 填滿的d 軌域 (E)大部分過渡元素都以元素態存在。 二.鐵(Fe)：為第一列過渡元素中，含量最多的金屬；於金屬中的存量僅次於鋁。地殼 中前四名氧、矽、鋁、鐵。一般於自然界中多以化合物狀態存在；如赤鐵礦(Fe2O3)、 菱鐵礦(FeCO3)、磁鐵礦(Fe3O4)、褐鐵礦(Fe O2 33H O2 )、黃鐵礦(FeS2)；而黃鐵 礦因為含有硫，鐵變的較脆弱，且硫不易去除，故不適合作為煉鐵的原料。 1.鐵的冶煉：一般而言，可利用圖11 8 的鼓風爐來煉鐵。 (1)原料： a.鐵礦：必須是氧化鐵；若是褐鐵礦或是菱鐵礦，則須先煅燒使其變成氧化鐵才行。 b.煤焦：作為燃料與還原劑。 c.熱空氣：使煤焦產生高溫並產生一氧化碳，間接可還原氧化鐵。 d.熔劑：於煉鐵過程中會產生雜質，而加入熔劑的目的是為了使這些雜質變成熔渣 流出。一般而言，當雜質是泥沙(SiO2)時，則加入灰石(CaCO3)；若雜質是 灰石則加入矽土當熔劑。 (2)反應方程式： a.鐵的生成： 2C(s) O2(g) 2CO(g) Fe2O3(s) 3CO(g) 2Fe(l) 3CO2(g) Fe O2 3( )s 3C( )s 2Fe( )l 3CO( )g b.熔渣的形成：
CaCO3(s) CaO(s) CO2(g)
CaO(s) SiO2(g) CaSiO3(s) 圖11 8 鼓風爐
2.鐵的種類：根據含碳量的多寡可分成 (1)生鐵：含碳量最多的鐵。 a.直接從鼓風爐(如圖)製得的鐵，又稱之為鑄鐵。 b.含碳量約2~4.5%，另含少量的矽、錳、磷、硫。 c.質硬而脆，適合於鑄造；用途受限，不適合製造強韌的器具。 (2)鋼：去除生鐵中的矽、錳、磷、硫，並降低其中之含碳量。 a.兼具生鐵與熟鐵的優點。 b.常見的特殊鋼材的組成。如下所示： 不銹鋼Fe、Cr、Ni。 高速鋼Fe、Cr 、W 、C 。 高矽鋼Fe、Cr 、W 。 錳鋼Fe、Mn。 鎳鋼Fe、Ni。 (3)熟鐵：含碳量最少。 a.適合煅燒，又稱之為煅鐵；適合作強度較高之器具。 3.鐵的生鏽：當元素態的金屬轉變成金屬氧化物或其他化合物，而導致該物質逐漸腐 蝕而剝落的過程；但不見得每一種金屬氧化物都會腐蝕，亦有例外如，鋁、鋅反而 可保護內部。 (1)生鏽過程： step1於水存在時，鐵原子失去兩個電子，被氧化成亞鐵離子。 Fes Fe2aq 2e ) ( ) ( (陽極) step2空氣中的氧被還原成氫氧離子。 O2(g) 2H2O(l) 4e 4OH(aq)(陰極) step3氫氧化亞鐵(Fe(OH)2)被氧氣氧化成鐵鏽(Fe O xH O2 3 2 ) 4Fe(2aq) 8OH(aq) O2( )g 2(x 2)H O2 ( )l Fe O xH O2 3 2 (2)鐵生鏽的示意圖。如圖11 9 。
圖11 9 鐵生鏽示意圖 (3)生鏽的防止： a.隔絕空氣保持乾燥：如上漆、上潤滑油。 b.鍍錫：俗稱馬口鐵。 c.鍍鋅、鋁。 d.陰極保護法：利用活性比鐵大的金屬(鎂、鋅)，連接於鐵器上或鍍於鐵器上。鐵作 陰極，活性大金屬作陽極。如圖11 10 、圖11 11 。 圖11 10 鐵管連接鎂棒 圖11 11 鋼船在水面下的船身 4.鐵的化合物： (1)亞鐵氰化鉀(K Fe CN4[ ( ) ] 36 H O2 ，鐵( )II 氰化鉀)：俗稱黃血鹽，為含有三個結晶 水的黃色晶體。 a.易溶於水，生成亞鐵氰離子 4 6 [Fe CN( ) ]。其反應方程式如下： 4 4[ ( ) ]6 4 ( )6 K Fe CN KFe CN b.亞鐵氰離子遇上鐵離子(Fe3)，會生成深藍色沉澱，稱作普魯士藍。反應方程 式如下所示： 3 4 ( ) 6 ( ) 4 6 3( ) 4Feaq 3[Fe CN( ) ]aq Fe Fe CN[ ( ) ] s (亞鐵氰化鐵) (2)鐵氰化鉀( [K Fe CN3 ( ) ]6 ，鐵(III)氰化鉀)：俗稱赤血鹽，為不含結晶水的赤色晶體。 a.可溶於水，生成鐵氰離子 3 6 [Fe CN( ) ]。其反應方程式如下： 3 3[ ( ) ]6 3 ( )6 K Fe CN KFe CN b.鐵氰離子遇上亞鐵離子(Fe2)，會生成深藍色沉澱，稱作滕士藍。反應方程式如下 所示： 2 3 3 4 ( ) [ ( ) ]6 ( ) ( ) [ ( ) ]6 ( ) e transfer aq aq aq aq Fe Fe CN Fe Fe CN 3 4 ( ) 6 ( ) 4 6 3( ) 4Feaq 3[Fe CN( ) ]aq Fe Fe CN[ ( ) ] s
3.下列有關鐵反應的敘述：把NaOH(aq)加到硫酸亞鐵溶液中，可產生綠色的沉澱A。將 此沉澱A與3%的H O2 2(aq)反應，則變成褐色固體B。將固體B加入H SO2 4(aq)時，形 成黃色溶液C；再加入KSCN(aq)後變成血紅色溶液D；最後滴入黃血鹽，D溶液生 成藍色沉澱E。則下列各化合物的化學式中，正確的有 (A)沉澱A是Fe OH( )2 (B)固 體 B是 Fe OH( )3 (C) 溶 液C含 有 3 (aq) Fe (D) 溶 液 D含 有 FeSCN(2aq) (E) 沉 澱 E是 4[ ( ) ]6 3 Fe Fe CN 。(90 日大) 4.已知 X 、Y 與 Z 等三種金屬的氧化物分別與焦碳共熱，發現 X 和 Y 的氧化物可被還 原，而 Z 不會； X 可置換硝酸鹽中的 Y 離子。則關於三種金屬活性的大小順序為 何？ 5.下列數字分別代表不同元素的原子序，屬於過渡元素 的有 (A)24 (B)45 (C)66 (D)85 (E)94。 6.下列有關鐵的冶煉敘述中，正確的是 (A)一般採用鼓風爐冶煉鐵 (B)鐵礦必須為氧化 鐵 (C)以煤焦為還原劑 (D)由爐底通入冷空氣 (E)產生的鐵呈現液態。
7.冶煉鐵礦時所使用的熔劑可能是 (A)矽土 (B)灰石 (C)氧化鈉 (D)金剛砂(SiC) (E)氧化
8.回答下列關於鼓風爐煉鐵的問題： (1)煤焦的功用是？(燃料、還原劑) (2)若鐵礦中的雜質是灰石，則應加入何種熔劑？(矽土) 三.銅：在自然界中，銅有以元素態存在，但存量甚少；主要是以化合物存在，如赤銅 礦(Cu2O)、輝銅礦(Cu2S)、黃銅礦(CuFeS2)、藍銅礦((CuCO3)2Cu(OH)2)等等。 1.冶煉： (1)由元素銅礦製銅：只需將礦石磨碎，再用水洗去泥砂，將其與熔劑一起加到加熱 爐中，即可將銅熔融分出。 (2)由氧化銅或碳酸銅之礦石製銅：直接將氧化銅或碳酸銅與煤焦共置於鼓風爐加熱 ， 如圖11 12 ，即可將礦石還原得到銅。反應式如下： CuOCCuCO CuCO3 2C Cu3CO (3)由輝銅礦或黃銅礦製銅。裝置如圖11 13 。 其步驟如下所示： step1浮選法：將礦石中不含銅的物質除去。一般而言，因為輝銅礦或黃銅礦的含 銅量較少，故須先行除去不純的物質。 step2煅燒：將前一步驟所得之礦粉至於煅燒爐中煅燒，除去些許的硫。反應如下 所示：2CuFeS2(s) 4O2(g) Cu2S(s) 2FeO(s) 3SO2(g) step3加熔劑：將步驟2 所剩之產物移至反射爐中，加熱使其熔化，並加入矽石 ) (SiO2 及灰石(CaCO3)，將氧化亞鐵變成熔渣除去。反應如下所示： ) ( 3 ) ( 2 ) (s SiO s FeSiO l FeO step4冶煉：將硫化亞銅與熱空氣強熱即可製得元素銅。反應如下所示： ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( 2Sl O g 2Cul SO g Cu 圖11 12 反射爐製銅 圖11 13 浮選法濃縮礦石
![圖 11 17 4.鉗合物：多牙基與金屬所形成之錯合物。如，用草酸溶液除去鐵鏽時所形成的錯離 子 3 2 4 3[Fe C O( ) ] 。其結構式如圖 11 18 。 圖 11 18 3 2 4 3[Fe C O( ) ] (三草酸鐵 ( III ) 離子) 5.配位數：配基與中心原子相結合處的總數。如， 2 4[CoCl ] 中， Co 2 的配位數是 4。 3 2 4 3[Fe C O( ) ] 中， Fe 3 的配位數是 6。 五.常見錯合物的形狀](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/6994625.573/44.892.169.749.129.376/其結如圖三草酸鐵III的配位數見錯合物形狀.webp)
![圖 11 21 八面體 b.配位數為 4 的錯合物，可能是平面四邊形或四面體。 (a)如果是有 2 種異構物，則是平面四邊形。如， [ ( Pt NH 3 2) Cl 2 ] 。圖 11 22 。 順式 反式 圖 11 22 [ ( Pt NH 3 2) Cl 2 ] 的結構 (b)如果沒有異構物的存在，則是四面體。如， [ Zn NH( 3 2) Cl 2 ] 。 4.錯合物的幾何異構物： (1)定義：當錯合物的配](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/6994625.573/46.892.117.827.783.1150/八面體四面體四邊Cl順式圖結構b如果沒ZnCl錯合物幾何異構.webp)
