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金屬氧化物:在日常生活中應用廣泛。生石灰是一種常用的乾燥劑,也可用於消毒;氧化鐵(Fe2O3)俗稱鐵紅,可作紅色顏料;一些工業過程中應用的催化劑也是金屬氧化物。金屬氧化物是金屬元素和氧元素結合形成的化合物。包括鉑,金在內的所有金屬都有相應的金屬氧化物。變價金屬一般有多種氧化物,例如,鐵元素具有氧化亞鐵(FeO)、氧化鐵和四氧化三鐵(Fe3O4)3種氧化物。

1概述

在常溫下,金屬氧化物(metallic oxide)(除Mn2O7等少數呈液態)一般都為是固體,活潑金屬的氧化物能溶於水而生成鹼,例如:
Na2O +H2O=2NaOH
活潑性較差的金屬氧化物不溶於水,但大多數都溶於酸:
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
一些金屬的氧化物來源與礦藏,例如,氧化鐵是赤鐵礦的主要成分,稀土金屬的礦物成分主要是他們的氧化物;另外
一些氧化物可以由分解反應製得,例如,鈣的氧化物生石灰(CaO)的製取。
常見的有離子晶體和原子晶體,要針對具體物質而言。大部分的金屬氧化物都是離子晶體,也有例外,
高中範圍內可以認為金屬氧化物均為離子晶體。鹼土金屬氧化物是典型的離子晶體。氧化鈹是例外,接近於原子晶體。
可以藉助電負性粗略判斷,不過也要根據實際情況看,比如氧化鋁就有離子晶體和原子晶體兩種不同的類型。

2定義

金屬氧化物是指由金屬元素與氧元素2種元素組成的氧化物
金屬氧化物

  金屬氧化物

,例如:鈉與氧形成氧化鈉。
鹼性氧化物是指能與酸起反應生成鹽和水的氧化物。
鹼性氧化物一定是金屬氧化物,氧化鈣、氧化鈉、氧化鎂、氧化鋇、氧化鐵、氧化銅等大多數金屬氧化物是鹼性氧化物,氧化鋁、氧化鋅等例外,為兩性氧化物,不能說金屬氧化物一定是鹼性氧化物,如Mn2O7是金屬氧化物,但它是酸性氧化物,對應的酸是高錳酸。
活潑金屬氧化物是離子型化合物,形成離子晶體,熔點和沸點都較高。
金屬氧化物是一類重要的催化劑,在催化領域中已得到廣泛的應用,將金屬氧化物納米化后,其催化性能更加優良,可以預見,納米金屬氧化物將是催化劑發展的重要方向。

3表面積

金屬氧化物表面積也是非常重要的,金屬氧化物表面積研究和相關數據報告中,只有採用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的,因為國內外製定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的

4催化作用

金屬氧化物在催化領域中的地位很重要,它作為主催化劑、助催化劑和載體被廣泛使用。就主催化劑而言,金屬氧化物催化劑可分為過渡金屬氧化物催化劑和主族金屬氧化物催化劑,後者主要為固體酸鹼催化劑(見酸鹼催化作用)。
鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物以及氧化鋁、氧化硅等主族元素氧化物,具有不同程度的酸鹼性,對離子型(如正碳離子)反應有催化活性,還可用作載體或結構助催劑。主族金屬氧化物催化劑為酸鹼催化劑。過渡金屬氧化物催化劑的金屬離子有易變價的特性,廣泛用於氧化、脫氫、加氫、聚合、合成等催化反應。
實用氧化物催化劑,通常是在主催化劑中加入多種添加劑製成的多組分氧化物催化劑。金屬氧化物很多是半導體,因此,能帶概念被用來解釋催化現象,電導率、逸出功等金屬氧化物整體性質被用來解釋催化活性,離子的 d電子組態、晶格氧特性、表面酸鹼性等氧化物的局部性質也被用來解釋催化活性。
各種現代物理化學實驗方法,如掃描顯微鏡、X射線光電子能譜儀程序升溫脫附技術穆斯堡爾共振儀X射線衍射、紅外或激光曼光譜、核磁共振、順磁共振等,可用來研究催化劑的結構,包括表面結構、組成、活性中心種類、活性組分價態和所處化學環境、吸附態的構型等性能。
由多種金屬氧化物組成的催化劑進行選擇氧化,是金屬氧化物催化的主要內容。
選擇氧化
在有機化學中,氧化是指:①脫氫,如CH─→CH=CH─→CH≡CH;②電負性大的元素(如氮、磷、氧、硫、氟)取代與碳結合的氫原子,如 CH─→CHOH─→CHO─→HCOOH─→CO,如果原料完全轉化為二氧化碳和水,則稱為完全氧化或深度氧化;如果反應在中途停止,則稱為選擇氧化或部分氧化;烴類(特別是烯烴)在氨存在下進行的反應稱氨氧化:
2R[557-01]CH+3O+2NH─→2RCN+6HO它也是一種選擇氧化。反應物分子與氧結合時,首先要發生鍵的斷裂,氮分子的鍵能為226千卡/摩爾,氧分子為119千卡/摩爾,氫分子為104千卡/摩爾,氟分子為38千卡 /摩爾,碳-碳鍵為88千卡/摩爾。鍵斷裂總是首先斷裂弱鍵。因此,氟分子參與氧化時首先斷裂氟-氟鍵,生成自由原子。氧參與氧化時,首先不是斷裂氧-氧鍵,而是:①氫的氧化首先斷裂氫-氫鍵;②飽和烴的氧化首先斷裂碳-碳鍵或在催化劑作用下首先斷裂碳- 氫鍵。不是氧先吸附在催化劑上,與反應物直接作用;就是氧化物催化劑中的氧先與反應物作用,缺氧的催化劑再與氧作用而恢復原狀。
選擇氧化催化劑
應具有如下功能:①為反應物提供的氧量足以形成產物,但又不致使其完全氧化;②能為反應物提供吸附(或配位)部位,使之變形,成為活化狀態;③能在反應物之間傳遞電子。以上這些要求使選擇氧化催化劑在使用上受到極大限制,催化劑的選擇性對反應條件十分敏感,與催化劑本身以及載體和助催化劑的結構也很有關係。氨氧化催化的特點是:①選擇氧化的選擇性很高,但即使在500℃的高溫下完全氧化的活性也很小;②沒有氧時,能被反應物還原。
工業上使用的選擇氧化催化劑大都由多種金屬氧化物組成,這些氧化物可以是固溶體或複合氧化物(見表[常用金屬氧化物催化反應及催化劑。(以上內容有缺失,參考請仔細)
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