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title: 2020年9月17日 上課
tags: [高中化學]

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# 2020年9月17日 上課
###### tags: `高中化學`
## 第一部分：隨機抽問
1. （簡答題）過渡元素電子組態的通式是什麼？過渡元素有什麼共通特性？
2. （簡答題）請寫出鼓風爐煉鐵的反應式（5個）。
3. （簡答題）請寫出過錳酸根在酸性、中性、鹼性環境中作為氧化劑的半反應式。
4. （簡答題）請比較亞鐵氰化鉀和鐵氰化鉀的化學式、俗名、顏色、用鐵(II)離子／鐵(III)離子檢驗的結果。
5. （簡答題）難溶於水的鉻酸鹽有哪些，請舉出四個，並說出它們的顏色。
6. （簡答題）什麼是錯合物？配位基？齒合度？螯合？
7. （簡答題）請命名 $[\text{Cr}(\text{NH}_3)_4\text{Cl}_2]\text{Cl}$、$[\text{Cd}(\text{CN})_4]^{2-}$、$[\text{PtCl}_6]^{2-}$。
8. （簡答題、繪圖題）請舉出四種雙牙基，並畫出它們與中心粒子 $\text{M}^{n+}$ 螯合後的結構式。
9. （簡答題、繪圖題）請說出六氨合鈷(III)離子、四氰合鎳(II)離子、四羰化鎳、鐵氰離子、亞鐵氰離子的分子形狀，並畫出來（須呈現立體結構）。
10. （簡答題）討論 $\text{CrCl}_3\cdot n\text{NH}_3$（$n=3,4,5,6$）可解離出的離子數。

### 答題狀況
|  1  |  2  |  3  |  4  |  5  |  6  |  7  |  8  |  9  | 10  |
|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|
|  +2  |  +2  |  +1  |  +2  |  +2  |  +2  |  +2  |  +2  |  +1  |  +2  |

## 第二部分：重點整理

![](https://i.imgur.com/FSACzOb.png)

- 鈣的化合物俗名
    - 灰石、石灰石＝碳酸鈣
    - 生石灰、石灰＝氧化鈣
    - 熟石灰、石灰水＝氫氧化鈣
    - 石膏＝硫酸鈣
### 鐵（iron）
- 電子組態：$[\text{Ar}]\,3\text{d}^6\,4\text{s}^2$
- 存量：地殼中含量第四多的元素，地核的主成份（另一個是鎳）。
- 礦物：
    - 赤鐵礦（hematite），$\text{Fe}_2\text{O}_3$，含量最豐，煉鐵的主要原料。
    - 磁鐵礦（magnetite），$\text{Fe}_3\text{O}_4$，天然磁石的來源。
    - 菱鐵礦（siderite），$\text{FeCO}_3$，處理後可作煉鐵原料。
    - 黃鐵礦（pyrite），$\text{FeS}_2$，黃色明亮金屬光澤，又稱愚人金。
- 冶煉（略）
- 合金——鋼（steel），表示的鐵與其他元素（主要是碳）結合而成的合金。
    - 熟鐵（wrought iron），含碳量（$<0.02\%$）
    - 低碳鋼（low-carbon steel），含碳量 $0.02\%$～$0.3\%$，質軟，用於製造鐵管、鐵片、鋼筋等。
    - 中碳鋼（medium steel），含碳量 $0.3\%$～$0.6\%$，用於製造不鏽鋼等。
    - 高碳鋼（high-carbon steel），含碳量 $0.6\%$～$2.0\%$，質硬，用於製造軸承、刀具、鐵軌等。
    - 生鐵（pig iron）或鑄鐵（cast iron），含碳量 $>2.0\%$，質脆，需要處理變成鋼。
- 化合物
    - **硫酸鐵(II)**，$\text{FeSO}_4$，溶於水，七水合物為藍綠色晶體，浸漬液（鋼鐵電鍍或加塗層前，會以稀硫酸浸漬，多餘酸液為浸漬液），用於除草、淨化水。
    - **硫酸鐵(III)**，$\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$，灰白色晶體，溶於水，用於媒染劑、凝結劑、收斂劑、止血劑。
    - **氯化鐵(II)**／氯化亞鐵，$\text{FeCl}_2$，無水物暗棕色，四水物暗綠色
    - **氯化鐵(III)**／三氯化鐵，$\text{FeCl}_3$，無水物綠色，六水物黃橙色，水溶液棕色，易潮解。用於檢驗苯酚的存在。
    - **亞鐵氰化鉀**，$\text{K}_4[\text{Fe}\text{(CN)}_6]$，鐵為二價，三水物俗稱黃血鹽
    - **鐵氰化鉀**，$\text{K}_3[\text{Fe}\text{(CN)}_6]$，鐵為三價，無水物俗稱赤血鹽，紅色。

### 銅（copper）
- 電子組態：$[\text{Ar}]\,3\text{d}^{10}\,4\text{s}^1$（違反遞建原理）
- 礦物：
    - 自然銅
    - 硫化物礦（黃銅礦和輝銅礦和銅藍）
    - 硫代酸鹽礦物（砷黝銅礦和異銅）
    - 碳酸銅礦（藍銅礦和孔雀石）
    - 氧化亞銅礦（赤銅礦）
    - 氧化銅礦（黑銅礦）
- 合金：
    - 黃銅（brass）：黃色，銅、鋅合金。
    - 青銅（bronze）：因氧化而帶青色，銅、錫合金。
    - 白銅（cupronickel）：銀白色，銅、鎳合金。
- 化合物：
    - **氧化銅(II)**，$\text{CuO}$，黑色固體，難溶於水。由銅與氧共熱形成。可溶於酸，形成銅鹽。
    - **氧化銅(I)**／氧化亞銅，$\text{Cu}_2\text{O}$，紅色固體，難溶於水，高溫下分解成銅和氧，潮濕中氧化成氧化銅(II)。
    - **氫氧化銅(II)**，$\text{Cu(OH)}_2$，淡藍色固體，難溶於水，可溶於酸，加熱分解出氧化銅(II)。
    - **硫化銅(II)**，$\text{CuS}$，黑色固體。
    - **硫化銅(I)**，$\text{Cu}_2\text{S}$，黑色固體，輝銅礦的成分，由銅與硫或硫化氫反應製得。
    - **碳酸銅(II)**，$\text{CuCO}_3$，灰色固體。
        - 鹼式碳酸銅，$\text{Cu}_2(\text{OH})_2\text{CO}_3$，綠色固體，又稱銅鏽或銅綠，也是礦物孔雀石的成分。
        - 藍銅礦，呈藍色，又稱石青，為含銅碳酸鹽礦物。
        - 孔雀石，呈翠綠色，為水合鹼式碳酸銅
    - **硫酸銅(II)**，$\text{CuSO}_4$，五水物為藍色晶體，俗稱藍礬、膽礬，無水物為白色，可溶於水。無水硫酸銅用於檢驗水的存在。五水物加熱至 $110^\circ \text{C}$ 使其變為一水物，再加熱至 $250^\circ \text{C}$ 以上可生成白色的無水物。
    - 
### 鉻（chromium）（補充）
- 電子組態：$[\text{Ar}]\,3\text{d}^5\,4\text{s}^1$（違反遞建原理）
- 礦物：鉻鉛礦（chromite）
- 常見氧化數 $+2$、$+3$、$+6$
    - 作為強還原劑：$+2$ 以下
    - 作為強氧化劑：$+6$
- 合金：不鏽鋼（鐵、鉻⋯⋯）
- 化合物
    - **氧化鉻(III)**／三氧化二鉻， $\text{Cr}_2\text{O}_3$，綠色晶體，難溶於水，水合物是鉻綠（viridian）主要成分，玻璃、瓷器、織品、油漆中的色素。
    - **氯化鉻(III)**，$\text{CrCl}_3$，六水物為綠色晶體，無水物為紫色晶體，六水物溶於水，無水物不溶於水。有機鉻化合物和鉻(III)錯合物的起始原料。
        - 它的六水物可能是三種水合異構物（hydrate isomerism）：
            - $[\text{Cr}(\text{H}_2\text{O})_4\text{Cl}_2]\text{Cl}\cdot2\text{H}_2\text{O}$，淺綠色
            - $[\text{Cr}(\text{H}_2\text{O})_5\text{Cl}]\text{Cl}_2\cdot\text{H}_2\text{O}$，深綠色
            - $[\text{Cr}(\text{H}_2\text{O})_6]\text{Cl}_3$，紫色
        - 配位的氯離子跟銀離子反應時只會慢慢沉澱，不配位的氯離子則會立刻沉澱。
    - **氫氧化鉻(III)**，$\text{Cr(OH)}_3$，綠色晶體，難溶於水。
    - **氧化鉻(VI)**／三氧化鉻，$\text{CrO}_3$，紅色晶體，易潮解，溶於水生成鉻酸，強氧化劑，由重鉻酸鈉製出，用於鍍鉻。兩性化合物，溶於強酸和強鹼。

    - **鉻酸**，$\text{H}_2\text{CrO}_4$，紅色晶體，有氧化性，致癌性。
        - **鉻酸根離子**（chromate），$\text{CrO}_4^{2-}$，水溶液中為黃色，在鹼性溶液中較穩定。
        -  難溶於水的鉻酸鹽（但通常可溶於酸）：
            -  **鉻酸鍶**，$\text{SrCrO}_4$，黃色固體。
            -  **鉻酸鋇**，$\text{BaCrO}_4$，黃色固體。
            -  **鉻酸鉛**，$\text{PbCrO}_4$，橙黃色固體，俗稱鉻黃（chrome yellow）。用於黃色顏料。
            -  **鉻酸銀**，$\text{Ag}_2\text{CrO}_4$，紅棕色固體
    -  **重鉻酸**，$\text{H}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$，為多酸（polyoxometalate），強氧化性，致癌性。
        -  **重鉻酸根離子**（dichromate），$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$，水溶液中為橙紅色，在酸性溶液中較穩定。
        -  ==重鉻酸根離子在酸性水溶液中的氧化：
            $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}+14\text{H}^++6e^-\longrightarrow2\text{Cr}^{3+}+7\text{H}_2\text{O}，E^\circ=1.33~\text{V}$==
        -  **重鉻酸鉀**，$\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$，橙紅色晶體，溶於水。強熱約500℃時分解為三氧化二鉻和鉻酸鉀。
        -  ==鉻酸根離子與重鉻酸根離子在溶液中存在平衡，此平衡取決於 $\text{pH}$。
              $\text{CrO}_4^{2-}+2\text{H}^+\rightleftharpoons\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}+\text{H}_2\text{O}$==

### 錯合物
1. 基本概念
    - **錯合物**（complex） $=$ 中心粒子 $+$ 配基，中心粒子與配基形成配位共價鍵
        - 別名**配位化合物**（coordination compound）。
        - 研究錯合物的化學分支稱為**配位化學**（coordination chemistry）。
        - 帶有電荷者的錯合物為**錯離子**（complex ion）。
        - 含有錯離子的鹽類稱為**錯鹽**（complex salt）。
    - **中心粒子**（coordination center）有低能量的空價軌域。
        - 中性原子
        - 陽離子
        ![](https://i.imgur.com/WjMPgaY.png)

    - **配位基**（ligand）有孤對電子（未共用電子對） 。
        - 別名配基、配體、配位子、配位體、配位劑。
        - 按電性分：
            - 中性分子：$\text{NH}_3$、$\text{H}_2\text{O}$、$\text{CO}$⋯⋯
            - 陰離子：$\text{X}^-$（$\text{X}$ 為鹵素）、$\text{OH}^-$、$\text{CN}^-$、$\text{SCN}^-$⋯⋯
            - 陽離子：$\text{NO}^+$⋯⋯
        - 按**齒合度**（denticity）分：（$n$ 牙基又譯 $n$ 齒配體）
            - 單牙基（monodentate）：$\text{X}^-$、$\text{NH}_3$、$\text{H}_2\text{O}$、$\text{CO}$、$\text{NO}_2^-$⋯⋯
            - 雙牙基（bidentate）：$\text{CO}_3^{2-}$、草酸（$\text{ox}$）、酒石酸、乙二胺（$\text{en}$）、[丁二酮肟](https://reurl.cc/N6qG3m)⋯⋯
            - 三牙基（tridentate）：[二乙烯三胺](https://en.wikipedia.org/wiki/Diethylenetriamine)（$\text{dien}$）⋯⋯
            - 六牙基（hexadentate）：[三甲二胺](https://en.wikipedia.org/wiki/1,3-Diaminopropane)（$\text{tm}$）、[乙二胺四乙酸](https://en.wikipedia.org/wiki/Ethylenediaminetetraacetic_acid)（$\text{edta}$）⋯⋯
            - 其他多牙基：冠醚（crown ether）
2. 錯合物的命名：
    - 命名原則：〔配位數字首〕＋〔配位基名稱〕＋（合）＋〔中心粒子〕
        - 配位數字首：二（di-）、三（tri-）、四（tetra-）⋯⋯
        - 含多種配位基時，按照英文名稱的首個字母排列。
        - 陰、陽離子結合成錯合物時，命名方式與化合物相同，都是〔陰離子〕＋化＋〔陽離子〕。
    - 配位基名稱：
        ![](https://i.imgur.com/j57G2uJ.jpg)
        - 部分配位基用名稱：$\text{CO}$ <ruby>羰 <rt> ㄊㄤ </rt></ruby>、$\text{OH}^-$ <ruby>羥 <rt> ㄑㄧㄤˇ </rt></ruby>
    - 錯合物化學式中的錯離子之原子團要用中括號括起。如 $[\text{Cu}(\text{NH})_3]\text{SO}_4$；錯離子獨自寫時，電荷數寫在中括號外面，如$[\text{PtCl}_6]^{2-}$。 
3. 錯合物的形狀、異構物
![](https://i.imgur.com/ELUwAWI.jpg)
![](https://i.imgur.com/YkpUlPD.jpg)
4. 水合物vs.水錯合物
    - **水合物**（hydrate）指的是含有水的化合物
    - **水錯合物**（metal aquo complexes）指水作為配位基和金屬以配位鍵的方式結合，形成的配位化合物。
    - 所以水錯合物 $\subset$ 水合物
5. 氨配合物（metal ammine complexes）

## 隨機抽問參考答案
1. $[$鈍氣$]~(n-1)\text{d}^x~n\text{s}^y$；皆為金屬，高熔點、沸點，熱、電的良導電體，硬度、密度大，化合物多有顏色，原子半徑大致上由左至右遞減（有些例外），金屬⋯⋯
2. 陳紀全講義 p.393
3. ![](https://i.imgur.com/YxQOguA.png)
4. 參考化學試題乙7-1
5. 鉻酸鍶、鉻酸鋇、鉻酸鉛、鉻酸銀，前三者為黃色，後者為磚紅色。
6. 參見本文重點整理或任何化學講義。
7. 氯化二氯四氨鉻(III)、四氰鎘（酸根）(II)離子、六氯鉑(IV)離子
8. 草酸、碳酸、乙二胺、酒石酸（結構式如陳紀全講義 p.397）
9. 八面體、平面四邊形、四面體、八面體、八面體。圖略。
10. 陳紀全講義 p.398