OCR 化學高階 GCE/元素週期表：第三週期

本節包含大量資訊，不幸的是，其中大部分都需要學習。請閱讀每個子部分末尾的建議，瞭解最佳學習方法。

第三週期氧化物

您需要了解 MgO、Al₂O₃ 和 SO₂ 的形成和反應。

氧化鎂

MgO 只是透過在氧氣中加熱形成的。

Mg(s) + 1/2 O₂(g) ---> MgO(s)

觀察結果：燃燒發出明亮的白色火焰，形成白色固體。（由於這個原因，它被用於煙花中）

鹼性氧化物：氧化鎂是一種鹼性氧化物，這意味著當它溶解在水中時，會形成鹼性溶液。

MgO(s) + H₂O (l) ---> Mg(OH)₂ (aq)

Mg(OH)₂ 是一種弱鹼，因為離子部分解離。

結構：氧化鎂形成具有離子鍵的巨大晶格結構。

氧化鋁

鋁在氧氣中非常容易反應，以至於在室溫下，它會在鋁周圍形成一層氧化物。一旦這層氧化物形成，它就會保護鋁，防止它輕易反應。然而，如果鋁是粉末狀的，它就會燃燒。形成反應如下：

4Al(s) + 3O₂(g)---> 2Al₂O₃(s)

觀察結果：粉末狀的鋁燃燒 - 生成白色固體產物。

兩性氧化物：這意味著它可以作為酸或鹼反應（見下文）。然而，氧化鋁不會與水反應（不溶）。

結構：氧化鋁具有“中間鍵” - 這基本上意味著它具有巨大的晶格結構，但也具有一些共價鍵。氧化鋁的中間鍵解釋了它為什麼不溶。

二氧化硫

硫在氧氣中燃燒產生二氧化硫。

S(s) + O₂(g) ---> SO₂(g)

觀察結果：燃燒產生藍色火焰，生成氣體。

在鉑催化劑下加熱時，會形成 SO₃(l)。

酸性氧化物：二氧化硫與水反應，生成酸性溶液。

SO₂(l) + H₂O(l) ---> H₂SO₃(aq)

類似地

SO₃(l) + H₂O(l) ---> H₂SO₄(aq)

結構：簡單分子

酸鹼反應

一些問題要求您給出“酸鹼反應”的例子，它們可能或可能不會特別提到氧化物。基本上，酸鹼反應是指酸和鹼相互反應的反應。我們已經討論了這些氧化物的性質（例如，酸性氧化物 - 硫），這指的是它在反應中所起的作用。

MgO(s) + 2HCl(aq) ---> MgCl₂(aq) + H₂O(l)

在這裡，氧化鎂在與鹽酸的反應中充當鹼。

氧化鋁是兩性的，因此可以作為鹼或酸。它作為鹼的反應與上述類似，但它作為酸的反應發生在它被水合時。

Al(OH)₃(s) + OH^-(aq) ---> [Al(OH)₄]^-(aq)

瞭解硫的酸鹼反應也很重要，因為它與預期略有不同。我們已經知道硫是一種酸性氧化物，它能夠形成 SO₃，現在我們可以看到它的實際情況。

SO₃(g) + NaOH(aq) ---> Na₂SO₄(aq) + H₂O(l)

OH 基團在反應中被去除，因為 SO₃ 充當酸。

記住

鹼性氧化物（元素週期表左側）具有巨大的晶格結構，並在水中形成鹼性溶液。
兩性氧化物（氧化鋁 - 類金屬）具有巨大的晶格結構，具有一些共價鍵，因此不溶解。
酸性氧化物（元素週期表右側）是簡單分子，與水反應生成酸。

第三週期氯化物

您需要了解的氯化物是 NaCl、MgCl₂、AlCl₃、SiCl₄ 和 PCl₅。

氯化鈉和氯化鎂

2Na(s) + Cl₂(g) ---> 2NaCl(s)

Mg(g) + Cl₂(s) ---> MgCl₂(s)

這些反應或產物沒有什麼特別的 - 您只需將金屬加熱並放入氯氣中，就會形成白色固體。

結構和鍵合 - 這兩種產物都具有具有離子鍵的巨大離子晶格結構。

與水的反應（產物） - 氯化鈉溶解在水中，生成中性溶液。氯化鎂也會溶解，但會生成略帶酸性的溶液。

氯化鋁

一些教科書沒有提到氯化鋁，但規範中包含了它與其他氯化物一起，因此很重要。氯化鋁可以在無水條件下透過在乾燥氯氣中加熱鋁來製備。

2Al(s) + 3Cl₂(g) ---> 2AlCl₃(s)

當 AlCl₃ 在其 178 °C (451 K) 的熔點以上加熱時，它會形成二聚體，化學式為 Al₂Cl₆，其中氯原子透過提供電子對形成配位共價鍵。在更高的溫度下，Al₂Cl₆ 二聚體會解離成平面三角形的 AlCl₃。

結構 - 三氯化鋁具有具有共價鍵的簡單分子結構。

與水的反應 - 水解反應，生成氯化氫氣體，部分溶解形成酸性溶液。

Al₂Cl₆(s) + 6H₂O(l) ---> 2Al(OH)₃(s) + 6HCl(g)

四氯化矽

四氯化矽的製備方法與氯化鋁類似，只是需要一個側臂，因為四氯化矽在室溫下是液體。

Si(s) + 2Cl₂(g) ---> SiCl₄(l)

結構 - 分子

與水的反應 - 水解

SiCl₄(l) + 2H₂O(l) ---> SiO₂(s) + 4HCl(g)

觀察結果 - 氯化氫氣體的白色煙霧。

五氯化磷

三氯化磷在不加熱的情況下直接與氯氣結合。

P₄(s) + 6Cl₂(g) ---> 4PCl₃(l)

然而，我們真正感興趣的不是三氯化物，而是過量氯氣中形成的固體五氯化物。

PCl₃(l) + Cl₂(g) ---> PCl₅(s)

結構 - 氣態時為共價分子

與水反應 - 水解，留下酸性溶液

PCl₅(s) + H₂O(l) ---> 5HCl(g) + H₃PO₄(aq)

記住

中性氯化物（週期表左側）具有巨大的晶格結構，溶解後會形成中性溶液（或非常輕微的酸性）
酸性氯化物（週期表右側）具有簡單的分子結構，會發生水解反應，留下酸性溶液

第三週期元素與水的反應

鈉

鈉與水反應劇烈，在表面冒泡，有時還會著火

2Na(s) + 2H₂O(l) ---> 2NaOH(aq) + H₂(g)

產物氫氧化鈉是一種強鹼，具有很高的PH值（>12），鈉是元素週期表中一種非常活潑的元素

鎂

鎂與水的反應比鈉慢得多，氫氣泡形成速度很慢

Mg(s) + 2H₂O(l) ---> Mg(OH)₂ + H₂(g)

這種鹼比氫氧化鈉弱得多（PH 9-11），因為氫氧化鈉更容易溶解 - 溶液中的離子更多。

然而，如果鎂與水蒸氣反應，則反應速度會快得多，形成氧化物

Mg(s) + H₂O(g) ---> MgO(s) + H₂(g)

問題

（如果你檢視頁面，這些問題很容易，所以請先自己做，然後檢查你是否知道所有內容）

1. 給出一個水解和酸鹼反應的例子。寫出方程式，並說明觀察結果

2. 說明氧化鋁的鍵合型別，它會溶解嗎？

3. 鈉和鎂哪個更容易與水反應？

4. 如何使鎂與水反應？

5. 如何製備PCl₅？

6. 寫出本頁顯示的所有21個方程式......（真的）

答案