2010
Chinese Journal of Catalysis
Vol. 31 No. 1
文章编号: 0253-9837(2010)01-0044-05
DOI : 10.3724/SP.J.1088.2010.90230
研究论文: 44~48
收稿日期: 2009-03-04.
联系人: 赵鹤云. Tel: (0871)5032331; Fax: (0871)5153832; E-mail: zhao_heyun999@https://www.doczj.com/doc/039366550.html,
基金来源: 云南省科技厅应用基础研究项目 (2007E173M); 云南省教育厅自然科学重点研究项目 (07Z11021); 云南大学自然科学研究项目 (2007JN001).
SnO 2 纳米棒的氧化还原特性
赵鹤云 1,2, 赵忠泽 3, 赵义芬 1, 柳清菊 1,2
1
云南大学材料科学与工程系, 云南昆明 650091
2
云南大学云南省高校纳米材料与技术重点实验室, 云南昆明 650091
3
云南师范大学商学院, 云南昆明 650106
摘要：利用室温固相反应在 NaCl-KCl 熔盐介质中, 通过焙烧含 SnO 2 纳米颗粒前驱体合成了 SnO 2 纳米棒, 并采用 X 射线衍射、扫描电镜、透射电镜、选区电子衍射和 X 射线光电子能谱对 SnO 2 纳米棒进行了表征. 结果表明, SnO 2 纳米棒是表面光滑、结晶完整的金红石结构单晶体, 直径为 10~20 nm, 长度为几百纳米到几个微米. 程序升温还原结果表明, SnO 2 纳米棒具有较好的氧化还原性能和催化活性. 探讨了 SnO 2 纳米棒的氧化还原机理.
关键词：二氧化锡; 纳米棒; 程序升温还原; 氧化还原特性; 催化活性; 氧化还原机理 中图分类号：O643 文献标识码：A
The Redox Properties of SnO 2 Nanorods
ZHAO Heyun 1,2,*, ZHAO Zhongze 3, ZHAO Yifen 1, LIU Qingju 1,2
1
Department of Materials Science and Engineering, Yunnan University, Kunming 650091, Yunnan, China
2
Yunnan Key Laboratory of Nanomaterials and Nanotechnology, Yunnan University, Kunming 650091, Yunnan, China
3
Business School, Yunnan Normal University, Kunming 650106, Yunnan, China
Abstract: SnO 2 nanorods were successfully synthesized in molten NaCl-KCl salt through calcination of SnO 2 nanoparticles precursor pre-pared by solid state reaction at room temperature. The structure and morpho1ogy of SnO 2 nanorods were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, selected-area electron diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy. The results showed that the SnO 2 nanorods with 10–20 nm diameter and several micrometers length were rutile structure. The results of H 2 temperature-programmed reduction demonstrated that the SnO 2 nanorods had good redox performance. The redox mechanism was discussed in detail.
Key words: tin dioxide; nanorod; temperature-programmed reduction; redox property; catalytic activity; redox mechanism
由于纳米线和纳米棒等一维纳米材料的维度降低和结构特征尺寸减小, 量子效应、库仑阻塞效应以及多体关联和非线性光学效应越来越明显, 呈现出不同于传统材料的电、磁、光、热等物化特性, 因而在催化剂、光电材料、复合材料和传感器等领域有广阔的应用前景[1~4]. SnO 2 是一种重要的 n 型半导体材料, 可用作导电材料、传感元件材料、半导体元件材料、电极材料以及太阳能电池材料、薄膜电阻器材料、光电子器件材料等[5~8]. SnO 2 还是一种优良
的催化材料. 刘赵穹等[9~11]发现, SnO 2-TiO 2 固溶体对以 CO 为还原剂同时还原 SO 2 和 NO (SRSN) 反应具有较好的催化性能, 当 SnO 2 含量为 50% 时催化剂的活性和选择性最高. SnO 2 可以在低温催化 CO 完全氧化[12]、臭氧化[13]、富马酸基化以及甲基丙烯醛氢转移[14]等反应, V 2O 5-SnO 2 的还原温度比纯 V 2O 5 明显降低[15], 并且 SnO 2 因具有很好的水热稳定性可应用于 NO 选择催化还原 (SCR) 反应. SnO 2/TiO 2 复合半导体的光催化效率比纯 TiO 2 高一
https://www.doczj.com/doc/039366550.html, 赵鹤云等: SnO2纳米棒的氧化还原特性 45
倍以上, 且光催化活性稳定, 可重复使用[16,17]. 但有关 SnO2 纳米棒氧化还原性能的研究尚未见报道.
本文采用室温固相反应合成 SnO2 纳米颗粒前驱物, 在 NaCl-KCl 熔盐介质中对前驱物进行焙烧, SnO2 纳米颗粒通过自组装固相转变形成 SnO2 纳米棒[18], 并研究了 SnO2 纳米棒的氧化还原性能.
1实验部分
1.1SnO2 纳米棒的制备
称取一定量的 NaCl 和 KCl (AR, 中国医药集团上海化学试剂公司), 按 1:1 的摩尔比混合, 并在玛瑙研钵内研磨 20 min, 混合均匀待用. 称取一定量的 SnCl4·5H2O (AR, 中国医药集团上海化学试剂公司) 和 3 倍量的 NaCl-KCl 混合粉末, 混合研磨 10 min, 再加入聚氧乙烯五醚 (NP5)、聚氧乙烯九醚(NP9, AR, 南京威尔化工有限公司) 各 3 ml, 继续研磨 20 min, 得到 A 组混合物. 同样, 称取一定量的KBH4 (AR, 中国医药集团上海化学试剂公司) 和SnCl4·5H2O (其摩尔比为 1:1) 及 3 倍量的 NaCl + KCl 混合粉末混合均匀, 再加入 NP5 和 NP9 各 3 ml 研磨 20 min, 得到 B 组混合物. 将 A 与 B 混合, 研磨 30 min, 放置 2 h 后用丙酮反复洗涤, 然后干燥, 并在 660 o C 焙烧 2 h. 将焙烧后的样品溶于去离子水中, 反复清洗以除去 NaCl, KCl 和可溶性反应残留物. 再经分离和烘干, 即得 SnO2 纳米棒样品. 1.2SnO2纳米棒的表征
SnO2 纳米棒的物相采用日本 Rigaku D/max- 3BX 型 X 射线衍射 (XRD) 仪测定, Cu K a 辐射 (λ = 0.154 18 nm), 管电压 40 kV, 管电流 150 mA, 扫描步长 0.02o/s, 扫描范围 2θ = 10o~100o. 样品的形貌在XL30ESEM-TMP 型扫描电子显微镜 (SEM) 和JEM-4000EX 型透射电子显微镜 (TEM, 加速电压200 kV) 上观测. X 射线光电子能谱 (XPS) 测定在美国物理电子公司 PHI 5500 型光电子能谱仪上进行, 以 Mg K a 为激发源, 功率 200 W. 样品预先进行抽真空 (< 2.0×10–9 Pa) 处理, 室温下采集谱图.
1.3SnO2纳米棒的氧化还原性能测试
SnO2 纳米棒氧化还原反应采用程序升温还原(H2-TPR) 实验进行测试, 在美国 Quantachrome 公司 CHEMBET-3000 系统上进行. 反应气为 5.0% H2-95% He混合气 (流量 10 ml/min), 以 10 o C/min 的速率由室温升至 800 o C.
实验同时采用粒径约 5 nm 的 SnO2 粉体以及多晶 SnO2 粉体材料 (粒径 400~600 nm) 作参比. 其中, SnO2 纳米颗粒粉体采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 调制的化学共沉淀法制得[19]; 多晶 SnO2 粉体为市售样品 (AR, 中国医药集团上海化学试剂公司).
2结果与讨论
2.1SnO2纳米棒的表征结果
2.1.1样品的物相
图 1 为 SnO2 纳米棒的 XRD 谱. 由图可见, 样品的衍射峰尖锐, 所有衍射峰都归属于金红石相SnO2 (JCPDS 41-1445); 没有观察到 NaCl, KCl 和KBH4 等杂质峰, 表明样品纯净, 结晶较好.
102030405060708090100110 I
n
t
e
n
s
i
t
y
2θ /( o )
(110)(101)
(200)
(211)
(220)
(103)
(312)
(222)
(202)
(112)
图1SnO2纳米棒的XRD谱
Fig. 1. XRD pattern of SnO2 nanorods.
2.1.2样品的形貌
图 2 为 SnO2 纳米棒的 SEM 照片
. 由图可见, 制得的样品为粗细均匀的纳米棒, 长度从几百纳米到几个微米, 无颗粒残存, 因而有利于性能研究.
图2SnO2 纳米棒的SEM 照片
Fig. 2. SEM image of SnO2 nanorods.
46 催 化 学 报 Chin . J . Catal ., 2010, 31: 44–48
图 3 为 SnO 2 纳米棒的 TEM 照片. 由图 3(a) 可见, 样品为棒状, 粗细均匀, 表面光滑, 直径约 15 nm, 长 0.8~2 μm. 由图 3(b) 可以看出, 单根纳米棒的表面光滑, 边缘结晶较完好, 无明显缺陷存在. SAED 照片显示, 晶体的衍射斑点清晰, 呈周期性分布, 按完整的单晶体特征呈四边形排列. 依据金红石结构 SnO 2 的晶体学参数计算得到, SnO 2 晶体的 (110), (001) 和 (111) 晶面相对应的晶面间距分别为 0.334 7, 0.318 7 和 0.230 9 nm; (110) 和 (001) 晶面间夹角为 90o ; (001) 和 (111) 晶面间夹角为 45.42o . 由 SAED 照片中衍射斑点间的距离计算得到, 距离中心斑点最近的 3 个衍射斑点的距离分别为 L 1 = 12.598 85 nm, L 2 = 13.474 58 nm, L 3 = 18.418 08 nm. 由晶面间距 d 和 L 之间关系公式可以得到 3 个衍射斑点对应晶面的间距分别为 d 1 = 0.334 2 nm, d 2 = 0.312 4 nm, d 3 = 0.228 6 nm. 测量得到 L 1 和 L 2 间的夹角约 89.9o , L 1 和 L 3 间的夹角约 46.2o . 实际测量值与理论计算值相符. 因此, 按金红石 SnO 2 结构进行标定, 距离 SnO 2 纳米棒电子衍射中心斑点最近的 3 个衍射斑点对应的晶面指数可依次标定为 (110), (001) 和 (111). 由图 3(c) 可以看到典型的 SnO 2 纳米棒的晶格衍射条纹.
以上结果表明, SnO 2 纳米棒表面光滑, 结构完整无缺陷. 纵向条纹间距为 0.346 nm, 对应于 SnO 2 (110) 晶面的条纹间距, 即 SnO 2 纳米棒的纵向是沿 (110) 晶面生长的. 2.1.3 样品的 XPS 谱
图 4 为 SnO 2 纳米棒的 XPS 谱. 如图 4(a) 可以看出, Sn 的电子结合能分别为 494.5 和 486.0 eV, 分
别对应于 Sn 3d 3/2 和 Sn 3d 5/2, 两峰间的间隙为 8.5 eV, 接近于 SnO 2 标准 XPS 谱中的 Sn 3d 数据. 由图 4(b) 可以看出, O 峰的峰形不对称, 经拟合后可分离为两个峰, 一个位于 530.6 eV, 对应于 O 1s , 是 SnO 2 的晶格氧 (标准值 530.6 eV); 另一个位于 531.9 eV, 是 SnO 2 纳米棒的表面氧. 根据 Sn 峰和 O 峰的强度, 可计算出 SnO 2 纳米棒中 O 和 Sn 原子的浓度比为 1.76, 而 SnO 2 纳米粉体和市售多晶 SnO 2 粉体中 O 和 Sn 原子的浓度比分别为 1.89 和 1.97. 这表明
(b) (a
(c)
图 3 SnO 2 纳米棒的 TEM 照片
Fig. 3. TEM images of SnO 2 nanorods. (a) Low magnification; (b) A single SnO 2 nanorod (top insert: selected-area electron diffraction (SAED) pat-tern); (c) HRTEM.
482484
486488490492
494496498
Sn 3d 5/2Sn 3d 3/2(a)
494.5
486.0
I n t e n s i t y
Binding energy (eV)
Binding energy (eV)
图 4 SnO 2 纳米棒的 XPS 谱
Fig. 4. XPS profiles of SnO 2 nanorods. (a) Sn 3d ; (b) O 1s .
https://www.doczj.com/doc/039366550.html, 赵鹤云 等: SnO 2 纳米棒的氧化还原特性 47
SnO 2 纳米棒表面晶体严重偏离了 O 和 Sn 原子的化学计量比 2, 存在较多的氧缺位. 这对研究 SnO 2 纳米棒的氧化还原催化性能具有十分重要的意义. 2.2 SnO 2 纳米棒的氧化还原特性
H 2-TPR 谱可以给出样品中金属离子氧化能力的强弱以及样品中表面吸附氧、表面晶格氧和体相晶格氧的活动性能和样品稳定性等方面的信息[20,21]. 在 H 2-TPR 过程中, 不仅高价金属离子被还
原为低价离子或金属原子, 而且氧化物表面或体相的氧必须同时参与还原过程. 因此, 样品还原峰既反映金属离子的氧化性, 又反映氧与氢的反应性能, 即氧化活性. 氧化活性与晶格氧的缺位情况有关, 氧缺位浓度越大, 氧化活性越高. 而氧化活性又影响 SnO 2 的还原温度.
图 5 为不同 SnO 2 样品的 H 2-TPR 谱. 可以看出, 在多晶 SnO 2 粉体样品上, 当温度升到 720 o C 时才有还原峰出现, 且反应剧烈, 耗氢量很大; 到 780
o
C 时仍有氢消耗. 该峰对应的是晶格氧与 H 2 的反
应过程. 文献[15]研究表明, 纯 SnO 2 的还原温度为 775 o C. 由此可见, 多晶 SnO 2 粉体表面吸附的氧较少, 表面氧缺位浓度小, 因此没有表面氧的还原反应发生. SnO 2 纳米颗粒的还原反应分两个阶段: 第一个阶段位于 380~560 o C, 此时曲线陡峭耗氢量较大, 对应于纳米 SnO 2 颗粒表面氧与 H 2 的反应过程; 在 560 o C 以后进入第二个阶段, 此阶段耗氢量更大, 一直到 780 o C 还原反应也未减弱. 此阶段对应的是 SnO 2 体相晶格氧与 H 2 的反应过程. 由此可知,
SnO 2 纳米颗粒在 380 o C 即可与 H 2 发生还原反应, 比多晶 SnO 2 粉体具有更高的表面氧活性, 但在低温下也未发生表面吸附氧的还原反应.
由 SnO 2 纳米棒的 H 2-TPR 谱可以看出, SnO 2 纳米棒的还原反应分三个阶段：第一个阶段位于 180~260 o C, 此时曲线平缓, 还原反应缓慢, 但有明显的氢耗反应发生, 说明 SnO 2 纳米棒在 180 o C 的低温下即具有缓慢的 H 2 还原能力; 第二阶段在 350~620 o C, 在 442 o C 附近出现较大的耗氢峰, 耗氢量很大; 在 620 o C 以后开始进入第三阶段, 此时曲线陡峭, 耗氢反应剧烈, 耗氢量极大, 一直到 760 o C 氢消耗反应也未减弱. 由此可见, SnO 2 纳米棒的还原起始温度比 SnO 2 纳米颗粒的低约 200 o C, 在 442
o
C 附近的还原反应比 SnO 2 纳米颗粒的反应剧烈.
SnO 2 纳米棒是一维材料, 是在两个维度上受限
的材料体系, 其表面含有大量的表面悬键、不饱和键和氧缺位, 对气体具有较强的吸附能力. XPS 结果表明, SnO 2 纳米棒表面存在大量的表面吸附氧, 因而具有较好的氧化能力; 吸附氧越多, 表面氧活性越高, 氧化能力则越强. SnO 2 纳米棒还原反应的起始温度较低, 说明 SnO 2 纳米棒比 SnO 2 纳米颗粒具有更高的表面氧活性. 因此, SnO 2 纳米棒在低温 (180
o
C) 下就可以发生还原反应. SnO 2 纳米棒的还原反
应有以下两个过程.
(1) SnO 2 纳米棒的脱附 O ?反应. 文献[22,23]结
果表明, SnO 2 表面的吸附氧存在 O, O 2? 和 O ?等形态, 室温下可以观察到 O 2?, 150 o C 时 O 2? 开始解吸, 160 o C 时向 O ?转变, 在 177 o C 以上主要以 O ?离子形式存在, 520 o C 时 O ?开始解吸. 氧在纳米 SnO 2 表面存在物理和化学吸附. 在室温下, 首先进行物理吸附 (O 2(gas)→O 2(ads)), 物理吸附的氧分子在获得一个电子后, 在 160 o C 左右形成化学吸附 (O 2(ads) +
e ?→O 2?(ads)), 在 160~520 o C 时 O 2?(ads) 可以进一步转化为 O ?(ads) 形式 (O 2?(ads) + e ? → 2O ?(ads)), O ?(ads) 的活性很高, 可以与吸附在 SnO 2 表面上的还原性气体离子基团迅速反应. 在 H 2-TPR 过程中, O 2?(ads) 或 O ?(ads) 与 H 2 反应, 在 180 o C 附近, O ?2(ads) + 2H 2 → 2H 2O + e ?. 由于 O 2?(ads) 活性较低, 与 H 2 发生的氧化还原反应较缓慢, 耗 H 2 量较少; 在较高温度 (260~350 o C) 下, O ?(ads) + H 2→H 2O + e ?, O ?(ads) 活性很高, 能迅速与 H 2 发生较剧烈反应, 耗 H 2 量很多.
100
200
300
400
500
600
700
800
05
10152025
30Temperature (o
C)
S i g n a l (m V )
(1)
(2)(3)180
260
350
442
620
760
380450560
720780
图 5 不同 SnO 2 样品的 H 2-TPR 谱
Fig. 5. H 2-TPR profiles of different SnO 2 samples. (1) Polycrystalline;
(2) Nanoparticle; (3) Nanorod.
48 催化学报Chin. J. Catal., 2010, 31: 44–48
但 SnO2 纳米棒表面吸附氧的量十分有限, 这一反应过程因吸附氧很快消耗殆尽而结束, 因此反应迅速, 持续时间短.
(2) SnO2 纳米棒晶格氧的还原反应. SnO2 纳米棒表面晶格氧与 H2 直接接触, 脱附 O?(ads) 反应结束后, 发生表面晶格氧的还原反应. XPS 结果表明, SnO2 纳米棒表面存在严重的氧缺位. 这说明 SnO2 纳米棒表面晶格氧具有较好的氧化活性, 因此在350 o C 就可以使 H2 发生氧化, 比 SnO2 纳米颗粒使H2 发生氧化的温度降低约 30 o C. 随着温度的升高, 氧化还原反应逐渐加剧, 氢耗量迅速增多, 在 442 o C 达到最高值, 于 620 o C 结束, 对应于第一、二还原反应阶段.
表面晶格氧被还原后留下了大量的氧空位, 在一定温度下体相晶格氧扩散到表面氧空位. 体相晶格氧移到表面后就被 H2 还原, 但该扩散过程进行得较困难, 需要获得足够的能量后才能发生氧扩散. 因此, 只有达到一定的高温时体相晶格氧才能发生扩散, 即在 620 o C 以后 SnO2 纳米棒的体相晶格氧开始与 H2 发生氧化还原反应, 对应于第三还原反应阶段.
由此可见, SnO2 纳米棒的 H2 还原反应机理为“脱附 O?反应 + 晶格氧还原反应”.
3结论
采用添加 NaCl-KCl 和表面活性剂的室温固相反应合成 SnO2 纳米颗粒前驱物, 在 NaCl-KCl 熔盐介质中生长形成具有金红石结构的 SnO2 纳米棒, 其在 180 o C 的低温下就能与 H2 发生氧化还原反应. 在升温过程中该反应分成脱附 O?、表面晶格氧还原和体相晶格氧还原三个阶段. SnO2 纳米棒的氧化还原能力和催化活性较高, 具有较好的应用前景.
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超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：
高一（上）化学单元同步练习及期末试题 第一章化学反应及其能量变化 第一节氧化还原反应 Ⅰ.学习重点: 1．在复习四种基本反应类型和从得氧、失氧角度划分氧化反应和还原反应的基础上能从化合价升降和电子转移的角度来理解氧化还原反应，了解氧化剂、还原剂的概念。 2．会分析判断某反应是否是氧化还原反应，判断氧化剂和还原剂，并会用“双线桥”表示电子转移的方向和数目。 Ⅱ.学习难点: 用“双线桥”法分析氧化还原反应，判断氧化剂和还原剂。 Ⅲ.训练练习题: 一、选择题： 1．有关氧化还原反应的叙述正确的是（） A．氧化还原反应的实质是有氧元素的得失 B．氧化还原反应的实质是元素化合价的升降 C．氧化还原反应的实质是电子的转移（得失或偏移） D．物质所含元素化合价升高的反应是还原反应 2．下列化学反应基本类型中一定是氧化还原反就的是（） A．化合反应 B．分解反应 C．复分解反应 D．置换反应 3．下列哪一个反应表示二氧化硫被还原（） A．SO2+2H2O+Cl2 H2SO4+2HCl B．SO2+H2S 2H2O+3S C．SO2+2NaOH Na2SO3+H2O D．SO2+Na2CO3 Na2SO3+CO2↑ 4.下列化学方程式中电子转移不正确的是（）
5.某元素在化学反应中由化合态变为游离态，则该元素（ ） A ．一定被氧化 B ．一定被还原 C ．既可能被氧化又可能被还原 D ．以上都不是 6．下列反应盐酸作还原剂的是（ ） A ．MnO 2+4HCl(浓) △ MnCl 2+Cl 2↑+2H 2O B ．CaCO 3+2HCl CaCl 2 +CO 2 ↑+H 2 O C ．2HCl+Zn ZnCl 2 +H 2 ↑ D ．2KMnO 4+16HCl 2KCl+2MnCl 2 +5Cl 2 ↑+8H 2 O 7.在Fe 2O 3+3CO 高温 2Fe+2CO 2反应中，Fe 2O 3( ) A.在被氧化 B.是氧化剂 C.被还原 D.是还原剂 8．下列变化需要加入还原剂才能实现的是（ ） A ．Na 2SO 3??→? SO 2 B ．HCl ??→? Cl 2 C ．H 2SO 4(浓) ??→? SO 2 D ．SO 2??→? S 9．下列反应属于氧化还原反应，但水既不作氧化剂也不作还原剂的是（ ） A ．CO 2+H 2O H 2CO 3 B ．2Na 2O 2+2H 2O 4NaOH+O 2 ↑ C ．3Fe+4H 2O(g) 高温 Fe 2O 4+4H 2 D ．2Na+2H 2O 2NaOH+H 2 ↑ 10.在3Cl 2+6KOH 5KCl+KClO 3 +3H 2 O 反应中，还原产物是（ ） A ．KClO 3 B ．KCl C ．KCl+H 2O D ．H 2O 11.在5KCl+KClO 3+3H 2SO 4 3Cl 2 ↑+3K 2 SO 4 +3H 2 O 中，被氧化的氯元素与被还原的氯元 素的质量比为（ ） A ．1:1 B ．5:1 C ．1:5 D ．3:1 12.盐酸能发生下列反应：
一、氧化还原基本概念 1、四组重要概念间的关系 (1)氧化还原反应：凡是反应过程中有元素化合价变化(或电子转移)的化学变化叫氧化还原反应。 氧化还原反应的特征：元素化合价的升降；氧化还原反应的实质：电子转移。 (2)氧化反应和还原反应：在氧化还原反应中，反应物所含元素化合价升高(或者说物质失去)电子的反应成为氧化反应；反应物所含元素化合价降低(或者说是物质得到电子)的反应称为还原反应。 (3)氧化剂、还原剂是指反应物。所含元素化合价降低的物质叫做氧化剂，所含元素化合价升高的物质叫做还原剂。 (4)氧化产物、还原产物是指生成物。所含元素化合价升高被氧化，所得产物叫做氧化产物，所含元素化合价降低被还原，所得产物叫做还原产物。 关系： 口诀： 化合价升．高，失．电子，被氧．化，还．原剂，氧．化反应；（升失氧还氧） 化合价降．低，得．电子，被还．原，氧．化剂，还．原反应；（降得还氧还） 2、氧化还原反应与四种基本反应类型 注意：有单质参加的化合反应和有单质生成的分解反应均为氧化还原反应。 二、氧化还原反应的有关计算 1．氧化还原中的电子转移表示法 (1)双线侨法：在反应物和生成物之间表示电子转移结果，该法侧重于表示同一元素的原子或离子间的电子转移情况，如
注意： ○1线桥从方程式的左侧指向右侧； ○2箭头不表示得失，只表示变化，所以一定要标明“得”或“失”。 (2)单线桥法：在反应物中的还原剂与氧化剂之间箭头指向氧化剂，具体讲是箭头从失电子的元素出发指向得电子的元素。如 三、氧化还原反应的类型 1．还原剂+氧化剂氧化产物+还原产物 此类反应的特点是还原剂和氧化剂分别为不同的物质，参加反应的氧化剂或还原剂全部被还原或氧化，有关元素的化合价全部发生变化。例如： 2．部分氧化还原反应 此类反应的特点是还原剂或氧化剂只有部分被氧化或还原，有关元素的化合价只有部分发生变化，除氧化还原反应外，还伴随非氧化还原反应。例如 3．自身氧化还原反应 自身氧化还原反应可以发生在同一物质的不同元素之间，即同一种物质中的一种元素被氧化，另一种元素被还原，该物质既是氧化剂又是还原剂；也可以发生在同一物质的同种元素之间，即同一物质中的同一种元素既被氧化又被还原。例如：
超细微粒、超细粉末，这些其实都是纳米材料的别称。它具有自己的一些性能特点，同时应用范围较广，例如生物医药、能源环保、化工等等行业。本文就给大家详细介绍一下。 一、应用 由于纳米颗粒粉体具有电、磁、热、光、敏感特性和表面稳定性等性能，显著不同于通常颗粒，故其具有广泛的应用前景。经过多年探索研究，已经在物理、化学、材料、生物、医学、环境、塑料、造纸、建材、纺织等许多领域获得广泛应用。下面为大家例举几个纳米材料的应用实例。 （1）纳米材料的用途十分的广泛，比如目前在许多医药领域使用了纳米技术，这样能使药品生产非常的精细，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小，所以这种药品在人体内的传输是相当方便的，有些药品会采用多层纳米粒子包裹，这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液，通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。 （2）在家电方面，选用那么材料制成的产品有许多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其
产品的存储容量，目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”，使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤，从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米ZnO等复配粉体材料，再通过经抽丝、织布，然后能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装，这些产品可以满足国防工业要求。 （3）纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中，该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因，然后对它们进行组装，这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明，科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构，并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能，从而形成纳米图形，这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。 （4）纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用，目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力，它是一般净水剂的20倍左右。纳米材料的过滤装置，还能有效的去除水中的一些细菌，使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来，经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。 二、特点 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的
氧化还原电位(ORP)的重要作用 氧化还原电位(ORP)的重要作用 大家逐渐认识到氧化还原电位在水产养殖上的意义，可是这个指标对于学过（水）化学的来说，理解起来都有点费力气，更不用说咱们大多数养殖户朋友了。技术员到塘口跟养殖户说：咱们这个药是氧化型的药，能提高水体氧化还原电位，很不错！养殖户听的一头雾水，而实际上很多技术人员对氧化还原电位本身也不是很清楚。 1.那么什么是氧化还原电位 在水中，每种物质都有独立的氧化还原特性，可以简单理解为在微观上，每一种不同物质都有一定的氧化还原能力，这些氧化还原性不同的物质能够相互影响，最终构成一定的宏观氧化还原性。电位为正表示溶液显示出一定的氧化性，为负则表示溶液显示出一定的还原性。 2.哪些是氧化物质、那些是还原物质 ⑴水体中常见处于氧化态（直接点就是溶氧充足的状态）的物质有： O2（氧气当然是）；硫酸根、硝酸根、磷酸根和铁离子、锰离子、铜离子、锌离子等； ⑵常见处于还原态（简单说就是缺氧状态存在的）的物质： 氯离子、氮气、氨氮、亚硝酸盐、硫化氢、甲烷、亚铁离子、多数有机化合物（包括我们的残饵、粪便、池底有机质淤泥）等。 氮在水体中存在的形式：一般未受污染的天然水域中，由于溶氧丰富，氮主要以硝酸根存在；在养殖池水中氮通常有4种存在形态：硝酸根、亚硝酸盐、氮气、氨氮。 3.为什么氧化还原电位很重要氧化还原电位怎么测 海水与淡水体系氧化还原电位实测值通常约为（400mv）（V 伏特，氧化还原电位的单位），好氧微生物一般生活在+100mV以上，以+300mV～+400mV为最适。 处于氧化态的物质在适当的条件（缺氧）下可以被还原，例如无毒的硝酸盐被还原成有毒的亚硝酸盐和氨氮；同样处于还原态的物质在适当条件（富氧）下被氧化，例如硫化氢被氧化成硫酸根。 随着氧化还原电的降低，出现铁锰呼吸，干塘晒塘时被氧化成三价的铁，此时逐渐被还原成二价铁，这个过程耗氧产酸，所以底泥pH值下降。氧化还原电位继续降低，当氧化还原电位环境为-200～-250mV，专性厌氧微生物出现生长，硫酸还原菌进行硫呼吸，原本存在的硫酸根被还原成硫化氢，硫化氢跟亚铁离子、锰离子反应，生成FeS、MnS，土壤变黑（见图2）。当氧化还原电位环境为-300～-400mV，底泥处于极度缺氧状况，专性厌氧产甲烷菌即开始分解底泥中的有机质产生甲烷。淤泥厚的池塘用竹竿捅了后水面冒气泡，这种气泡即是底泥产生的
三氧化还原反应 一、五对概念 在氧化还原反应中，有五对既相对立又相联系的概念。它们的名称和相互关系是： 氧化还原反应的实质：电子的转移(电子的得失或共用电子对的偏移 口诀： 失电子，化合价升高，被氧化（氧化反应），还原剂； 得电子，化合价降低，被还原（还原反应），氧化剂； 二、物质氧化性或还原性强弱的比较: 氧化性→得电子性，得到电子越容易→氧化性越强 还原性→失电子性，失去电子越容易→还原性越强 由此，金属原子因其最外层电子数较少，通常都容易失去电子，表现出还原性，所以，一般来说，金属性也就是还原性；非金属原子因其最外层电子数较多，通常都容易得到电子，表现出氧化性，所以，一般来说，非金属性也就是氧化性。 1.‘两表’一规律‘ （1）根据金属活动性顺序表判断: 一般来说，越活泼的金属，失电子氧化成金属阳离子越容易，其阳离子得电子还原成 金属单质越难，氧化性越弱；反之，越不活泼的金属，失电子氧化成金属阳离子越难，其阳离子得电子还原成金属单质越容易，氧化性越强。 （2）根据元素周期表来判断 ①同周期从左到右元素的非金属性逐渐增强，单质的氧化性逐渐增强 ②同主族从上到下元素的金属逐渐增强，单质的还原性逐渐增强 （3）根据元素周期律来判断 ①非金属对应的最高价水化物的酸性越强，对应单质的氧化性越强
如酸性：HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2CO3＞H2SiO3 单质氧化性：Cl2＞S＞P＞C＞Si ②金属对应的最高价氧化物水化物的碱性越强，对应单质的还原性越强 如碱性：NaOH＞Mg(OH)2＞Al(OH)3 单质还原性：Na＞Mg＞Al 2.根据非金属活动性顺序来判断: 一般来说，越活泼的非金属，得到电子还原成非金属阴离子越容易，其阴离子失电子氧化成单质越难，还原性越弱。 3.根据氧化还原反应发生的规律来判断: 氧化还原反应可用如下式子表示： 规律：反应物中氧化剂的氧化性强于生成物中氧化产物的氧化性，反应物中还原剂的还原性强于生成物中还原产物的还原性。 4.根据反应条件来判断: 当氧化剂（还原剂）与同一还原剂（氧化剂)反应时，反应越容易进行，对应的氧化剂(还原剂)的氧化性(还原性)越强如MnO2和HCl(浓)反应需要加热才能进行，KMnO4和HCl(浓)反应不需加热就能进行，所以KMnO4的氧化性比MnO2强 5.根据反应剧烈程度来判断: （1）金属单质与水化合(酸)的剧烈程度越强，对应的单质的还原性越强，如Na与水反应非常剧烈，Mg与水反应要加热才看到有气泡产生，Al与水加热现象也不明显，所以还原性：Na ＞Mg ＞Al 6.根据同一物质被氧化或被还原的价态高低来判断: 在相同条件下，同一物质(变价单质元素)被氧化的价态越高，对应的氧化剂的氧化性越强，如：2Fe + Cl2 ?==2FeCl3 ，Fe + S?==FeS 氧化性：Cl2＞S 7.根据反应剧烈程度来判断: 同一元素，一般来说，化合价越高氧化性越高，元素处于最高价态，只有氧化性，化合价越低还原性越强；元素处于最低价只有还原性，元素处于中间价；既有氧化性又有还原性，当遇较强还
2010 Chinese Journal of Catalysis Vol. 31 No. 1 文章编号: 0253-9837(2010)01-0044-05 DOI : 10.3724/SP.J.1088.2010.90230 研究论文: 44~48 收稿日期: 2009-03-04. 联系人: 赵鹤云. Tel: (0871)5032331; Fax: (0871)5153832; E-mail: zhao_heyun999@https://www.doczj.com/doc/039366550.html, 基金来源: 云南省科技厅应用基础研究项目 (2007E173M); 云南省教育厅自然科学重点研究项目 (07Z11021); 云南大学自然科学研究项目 (2007JN001). SnO 2 纳米棒的氧化还原特性 赵鹤云 1,2, 赵忠泽 3, 赵义芬 1, 柳清菊 1,2 1 云南大学材料科学与工程系, 云南昆明 650091 2 云南大学云南省高校纳米材料与技术重点实验室, 云南昆明 650091 3 云南师范大学商学院, 云南昆明 650106 摘要：利用室温固相反应在 NaCl-KCl 熔盐介质中, 通过焙烧含 SnO 2 纳米颗粒前驱体合成了 SnO 2 纳米棒, 并采用 X 射线衍射、扫描电镜、透射电镜、选区电子衍射和 X 射线光电子能谱对 SnO 2 纳米棒进行了表征. 结果表明, SnO 2 纳米棒是表面光滑、结晶完整的金红石结构单晶体, 直径为 10~20 nm, 长度为几百纳米到几个微米. 程序升温还原结果表明, SnO 2 纳米棒具有较好的氧化还原性能和催化活性. 探讨了 SnO 2 纳米棒的氧化还原机理. 关键词：二氧化锡; 纳米棒; 程序升温还原; 氧化还原特性; 催化活性; 氧化还原机理 中图分类号：O643 文献标识码：A The Redox Properties of SnO 2 Nanorods ZHAO Heyun 1,2,*, ZHAO Zhongze 3, ZHAO Yifen 1, LIU Qingju 1,2 1 Department of Materials Science and Engineering, Yunnan University, Kunming 650091, Yunnan, China 2 Yunnan Key Laboratory of Nanomaterials and Nanotechnology, Yunnan University, Kunming 650091, Yunnan, China 3 Business School, Yunnan Normal University, Kunming 650106, Yunnan, China Abstract: SnO 2 nanorods were successfully synthesized in molten NaCl-KCl salt through calcination of SnO 2 nanoparticles precursor pre-pared by solid state reaction at room temperature. The structure and morpho1ogy of SnO 2 nanorods were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, selected-area electron diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy. The results showed that the SnO 2 nanorods with 10–20 nm diameter and several micrometers length were rutile structure. The results of H 2 temperature-programmed reduction demonstrated that the SnO 2 nanorods had good redox performance. The redox mechanism was discussed in detail. Key words: tin dioxide; nanorod; temperature-programmed reduction; redox property; catalytic activity; redox mechanism 由于纳米线和纳米棒等一维纳米材料的维度降低和结构特征尺寸减小, 量子效应、库仑阻塞效应以及多体关联和非线性光学效应越来越明显, 呈现出不同于传统材料的电、磁、光、热等物化特性, 因而在催化剂、光电材料、复合材料和传感器等领域有广阔的应用前景[1~4]. SnO 2 是一种重要的 n 型半导体材料, 可用作导电材料、传感元件材料、半导体元件材料、电极材料以及太阳能电池材料、薄膜电阻器材料、光电子器件材料等[5~8]. SnO 2 还是一种优良 的催化材料. 刘赵穹等[9~11]发现, SnO 2-TiO 2 固溶体对以 CO 为还原剂同时还原 SO 2 和 NO (SRSN) 反应具有较好的催化性能, 当 SnO 2 含量为 50% 时催化剂的活性和选择性最高. SnO 2 可以在低温催化 CO 完全氧化[12]、臭氧化[13]、富马酸基化以及甲基丙烯醛氢转移[14]等反应, V 2O 5-SnO 2 的还原温度比纯 V 2O 5 明显降低[15], 并且 SnO 2 因具有很好的水热稳定性可应用于 NO 选择催化还原 (SCR) 反应. SnO 2/TiO 2 复合半导体的光催化效率比纯 TiO 2 高一
第三节 氧化还原反应（第一课时） 一、教材分析 《氧化还原反应》安排在高中化学必修1第二章《化学物质及其变化》中的第三节，有其重要的意义。在中学化学中要学习许多重要元素及其化合物的知识，凡涉及元素价态变化的反应都是氧还原反应。而且金属的腐蚀及电化学部分是氧化还原的重要应用。只有学生掌握氧化还原反应的基本概念，才能理解这些反应的实质。学生对本节教材掌握的好坏直接影响着其以后对化学的学习。本节教材安排在这里是承前启后，它既复习了初中的基本反应类型及氧化反应、还原反应的重要知识，并以此为铺垫展开对氧化还原反应的较深层次的学习，还将是今后联系元素化合物知识的重要纽带。此节内容分两部分：氧化还原反应、氧化剂和还原剂。 首先，教材从复习初中氧化反应和还原反应（从得失氧角度）入手，通过2CuO ↑反应的讨论，说明初中所学化学反应分类不够全面，从而转+C == 2Cu + CO 2 入从化合价和电子得失的角度引出氧化还原反应的概念，接着通过讨论分析氧化还原反应与元素化合价升降的关系，得出氧化还原反应的特征。教材在复习初中元素化合价的升降与电子的得失或偏移关系的基础上，又进一步讨论氧化还原反应与电子转移的关系，从而得出氧化还原反应的本质。最后还设计了“学与问”，讨论四种基本反应类型与氧化还原反应的关系。 第二部分主要介绍氧化剂和还原剂，教材只从电子转移的角度给氧化剂和还原剂下定义，并简单的介绍了中学常见的氧化剂和还原剂。最后，教材还介绍了氧化还原反应在生产生活中的应用。 本节教材遵照大纲的要求，严格把握教材的深广度。注意与初中化学的合理衔接，使化学学习源于初中而又高于初中。重视学生思维能力的培养和化学知识在生活实际中的应用。 二、学情分析 学生在初中化学学习中已经接触了许多反应，并已经掌握按反应物和生成物的类别以及反应前后物质种类的多少把化学反应分为四种基本反应；从具体的反应理解氧化反应和还原反应，但并没认识到氧化还原反应的本质特征；学习了化
纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。 一、纳米材料的特性 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体
积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使
氧化还原电位(ORP)的重要作用 大家逐渐认识到氧化还原电位在水产养殖上的意义，可是这个指标对于学过（水）化学的来说，理解起来都有点费力气，更不用说咱们大多数养殖户朋友了。技术员到塘口跟养殖户说：咱们这个药是氧化型的药，能提高水体氧化还原电位，很不错！养殖户听的一头雾水，而实际上很多技术人员对氧化还原电位本身也不是很清楚。 1.那么什么是氧化还原电位？ 在水中，每种物质都有独立的氧化还原特性，可以简单理解为在微观上，每一种不同物质都有一定的氧化还原能力，这些氧化还原性不同的物质能够相互影响，最终构成一定的宏观氧化还原性。电位为正表示溶液显示出一定的氧化性，为负则表示溶液显示出一定的还原性。 2.哪些是氧化物质、那些是还原物质？ ⑴水体中常见处于氧化态（直接点就是溶氧充足的状态）的物质有： O2（氧气当然是）；硫酸根、硝酸根、磷酸根和铁离子、锰离子、铜离子、锌离子等； ⑵常见处于还原态（简单说就是缺氧状态存在的）的物质： 氯离子、氮气、氨氮、亚硝酸盐、硫化氢、甲烷、亚铁离子、多数有机化合物（包括我们的残饵、粪便、池底有机质淤泥）等。 氮在水体中存在的形式：一般未受污染的天然水域中，由于溶氧丰富，氮主要以硝酸根存在；在养殖池水中氮通常有4种存在形态：硝酸根、亚硝酸盐、氮气、氨氮。 3.为什么氧化还原电位很重要？氧化还原电位怎么测？ 海水与淡水体系氧化还原电位实测值通常约为（400mv）（V 伏特，氧化还原电位的单位），好氧微生物一般生活在+100mV以上，以+300mV～+400mV为最适。 处于氧化态的物质在适当的条件（缺氧）下可以被还原，例如无毒的硝酸盐被还原成有毒的亚硝酸盐和氨氮；同样处于还原态的物质在适当条件（富氧）下被氧化，例如硫化氢被氧化成硫酸根。 随着氧化还原电的降低，出现铁锰呼吸，干塘晒塘时被氧化成三价的铁，此时逐渐被还原成二价铁，这个过程耗氧产酸，所以底泥pH值下降。氧化还原电位继续降低，当氧化还原电位环境为-200～-250mV，专性厌氧微生物出现生长，硫酸还原菌进行硫呼吸，原本存在的硫
氧化还原反应知识点 一、机化还峰反应基本概念 氧化还原反应是氧化反应和还原反应的总称，反应中氧化反应和还原反应同时发生同时结 束，两者是不可分开的。 氧化反应：物质失去电子（或电子对偏离）的反应。 还原反应：物质得到电子（或电子对偏向）的反应。 氧化还原反应：发生电子转移（得失或偏移）的反应。 氧化还原反应的实质：发生电子转移。 氧化还原反应的特征：元素化合价的升降 氧化还原反应中电子得失和化合价变化的关系：失去电子化合价升高，得电子化合价降低。 1. 两种反应物 氧化剂：得电子的物质，元素化合价降低，有氧化性，发生还原反应，生成还原产物。 还原剂：失电子的物质，元素化合价升高，有还原性，发生氧化反应，生成氧化产物。 2. 两种产物 氧化产物：含有化合价升高的元素组成的生成物。 还原产物：含有化合价降低的元素组成的生成物。 3. 两种性质 氧化性：得电子的性质，氧化剂和氧化产物都有氧化性，但氧化剂的氧化性比氧化产物的氧 化性强。氧化性的强弱与得电子的多少无关。 还原性：失电子的性质，还原剂和还原产物都有还原性，但还原剂的还原性比还原产物的还 原性强。还原性的强弱与失电子的多少无关。 氧化性和还原性都是物质的化学属性，是由物质的结构决定的。 三、氧化还原反应的具体分析 （1）失电子（本质）——?化合价升高（特征）——?氧化反应 得电子（本质）——?化合价降低（特征）——?还原反应 （2）定义：凡有化合价升降的反应就是氧化还原反应。（特征） （3）形成离子化合物时，某元素原子失电子，则化合价升高，每失去一个电子化合价 升高一价，某元素原子得电子，则化合价降低，每得到一个电子化合价降低一价。 （4）形成共价化合物时，共用电子对偏离某元素原子，该元素化合价升高被氧化，反之，被还原。 （5）化合价变化的本质一一电子转移（得失或偏移）。 定义：有电子转移（得失或偏移）的化学反应就是氧化还原反应。（本质）
磁性纳米材料的应用 磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。 （一）生物分离 生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素 -生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。 传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。磁分离技术基于磁性纳米材料的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。因此，可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离、蛋白质分离、核酸分离、酶分离等，具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。此外，由于磁性纳米材料兼有纳米、磁学和类酶催化活性等特性，不仅能实现被检测物的分离与富集，而且能够使检测信号放大，具有重要的应用前景。 通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：（ 1）将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；（2）利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。 ①细胞分离：细胞分离技术的目的是快速获得所需的目标细胞。传统的细胞分离技术主要是根据细胞的大小、形态以及密度差异进行分离，如采用微滤、超滤和超滤离心等方法。这些方法虽然操作简单，但是特异性差，而且纯度不高，制备量偏小，影响细胞活性。但是利用磁性纳米材料可以避免一定的局限性，如在磁性纳米材料表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质和外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对数量和种类的研究。 磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。 温惠云等的地衣芽孢杆菌实验结果表明，磁性材料 Fe3O4 的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响；Kuhara等制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1,利用 anti-hPCLP1 修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1 阳性细胞分离纯度达到了 95%。 ②蛋白质分离：利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术）来分离蛋白质程序非常复杂，而磁分离技术是分离蛋白分子便捷而快速的方法。 基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团 , 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。 王军等采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550寸磁性Fe3O4粒 子进行表面修饰改性 , 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明 , 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面 , 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。 ③核酸分离 经典的DNA/RN分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。
氧化还原反应的概念与实质 1．对于反应2P ＋4H 2O 2＋2NaOH===Na 2H 2P 2O 6＋4H 2O ，下列有关该反应的说法正确的是( ) A ．P 是氧化剂 B ．氧化性：H 2O 2>Na 2H 2P 2O 6 C ．1 mol H 2O 2反应，转移电子1 mol D ．Na 2H 2P 2O 6中磷元素的化合价为＋3 2．(2018·哈尔滨六中高三月考)新型纳米材料MFe 2O x (3＜x ＜4)中M 表示＋2价的金属元素，在反应中化合价不发生变化。常温下，MFe 2O x 能使工业废气中的SO 2转化为S ，流程如下，则下列判断正确的是( ) MFe 2O x ――→常温下 SO 2 MFe 2O y A ．MFe 2O x 是氧化剂 B ．SO 2是该反应的催化剂 C ．x 《氧化还原反应》教学设计 一、教材分析 《氧化还原反应》是人教版化学必修一第二章第三节内容，第二章《化学物质及其变化》是从化学学科内容方面展开化学科学，是连接义务教育阶段《化学》《科学》与高中化学的纽带和桥梁，对于学生的科学素养，引导学生有效的进行高中阶段的化学学习，具有非常重要的承前启后的作用。“承前”意味着要复习义务教育阶段化学的重要内容，“启后”意味着要在复习的基础上进一步提高和发展，从而为化学必修课程的学习，乃至整个高中阶段的化学学习奠定重要的基础。因此，本章在全书中占有特殊的地位，具有重要的功能，是整个高中化学的教学重点之一。《氧化还原反应》则是重点中的重点。在中学化学中要学习许多重要元素及其化合物的知识，凡涉及元素价态变化的反应都是氧还原反应。只有让学生掌握氧化还原反应的基本概念，才能使他们理解这些反应的实质。学生对本节教材掌握的好坏直接影响着其以后对化学的学习。氧化反应和还原反应是一对典型的矛盾统一体，是对学生进行辨证唯物主义教育的典例。 二、教学背景和学情分析 本节主要包括两部分内容：一、氧化还原反应，二、氧化剂和还原剂。认识氧化还原反应的特征和本质是本节课的教学重点。我们的教育对象是高一学生，还没有进行文、理分科，因此教学中主要注重基础，不能盲目的拔高教学要求，一些较复杂的氧化还原反应在教学中就没有必要出现；由于我校学生学习基础较差，初中的化学基础知识不够扎实，水平参差不齐，因此课前设计了化合价及四种基本反应类型等初中化学知识的预习学案。要求学生做好课前预习，为本节课的学习打下基础。让学生在复习了初中的知识之上再来认识和学习新的概念，新的化学反应，即照顾了学生的基础又符合认知规律，也保证了教学效果。 三、教学目标 知识与技能：能根据化合价的变化认识氧化还原反应；能从电子转移的角度分析氧化还原反应，了解氧化还原反应的本质。使学生感受氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中的重要应用。 过程与方法：通过氧化还原反应概念的教学，培养学生准确描述概念的表达能力，同时培养学生深刻理解概念，比较辨析概念的能力。通过对氧化还原反应概念的认识过程，体会科学探究的方法，提高科学探究能力，培养科学素养。 情感、态度与价值观：通过氧化还原反应概念的演变，培养学生用发展的观点、科学的态度、探索的精神学习化学；通过创设问题情境、思考与交流，引导学生积极思考，激发学生的学习兴趣和求知欲；通过氧化还原反应矛盾统一体的认识，树立学生辨证唯物主义观。 四、教学重点：氧化还原反应的特征和本质；用化合价的升降和电子转移的观点理解氧化还原反应。 五、教学难点：理解氧化还原反应的本质，认识氧化还原的矛盾统一；用电子转移的观点分析氧化还原反应。 六、教学媒体：ppt课件 七、教学过程 [展示]高炉炼铁、宇宙飞船升空、生锈的铁栏杆及各种电池等图片 [讲述]同学们看了这些图片，你能把它们联系起来吗？它们都与我们今天要学习的氧化还原反应有关。 纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法 纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中 强电解质： 1、强酸：HCl 盐酸 H 2SO 4 硫酸 HNO 3 硝酸 HBr氢溴酸 HI氢碘酸 HCLO 4 高氯酸 2、强碱：NaOH KOH Ba(OH) 2 Ca(OH) 2 3、绝大多数盐：高中见到的盐全部是强的电解质 金属化合物：a、氧化物：氧化钙CaO 氧化钠NaCl 氧化镁MgO 氧化Al 2O 3 氧化锌 ZnO 氧化盐铁FeO 氧化铁Fe 2 O 3 氧化铜CuO 氧化汞HgO 氧化银AgCl b、过氧化合物：过氧化钠Na 2O 2 c、金属碳化物：碳化钙CaC 2 d、金属硫化物：硫化钙CaS 2二硫化亚铁FeS 2 弱电解质： 1、弱酸：碳酸H 2CO 3 亚硫酸H 2 SO 3 醋酸CH 3 COOH 氢硫酸H 2 S 氢氟酸HF 硅酸H 2SiO3 原硅酸H 3 SiO 4 所有的有机酸 2、弱碱：一水合氨NH3.H2O 所有的除强碱的氢氧化金属R(OH) 3、水H2O也是弱电解质 非电解质： 1、非金属氧化物：二氧化碳二氧化硫一氧化碳三氧化硫二氧化氮 一氧化氮 2、大多数有机物：甲烷乙醇蔗糖（有机酸和有机盐除外） 3、非金属化合物：氨气 (1)氧化反应：失去电子(化合价升高 )的反应。 (2)还原反应：得到电子(化合价降低 )的反应。 (3)氧化剂(被还原 )：得到电子的反应物(所含元素化合价降低的反应物)。 (4)还原剂(被氧化 )：失去电子的反应物(所含元素化合价升高的反应物)。 (5)氧化产物：还原剂失电子被氧化后的对应产物(包含化合价升高 的元素的产物)。 (6)还原产物：氧化剂得电子被还原后的对应产物(包含化合价降低的元素的产物)。 （7）强氧化剂与强还原性相遇时，一般都会发生氧化还原反应。 如：H2SO4(浓)与金属、H2S、S2－、HI、I－、HBr、Br－、Fe2＋、P等。 Cl 2与金属、H 2 S、S 2 －、HI、I－、HBr、Br－、Fe 2 ＋、H 2 、SO2、、H2SO3等。 HNO3与金属、H2S、S2－、HI、I－、HBr、Br－、Fe2＋、P、SO2、、H2SO3等。 （8）．元素处于最高价时只有氧化性，在反应中只作氧化剂； 元素处于最低价时只有还原性，在反应中只作还原性； 元素处于中间价态时，在反应中化合价既可升高又可降低，既有氧化性又有还原性，既可作氧化剂又可作还原性。 练习题 1下列类型的反应，一定发生电子转移的是( ) A.化合反应 B．分解反应 C．置换反应 D．复分解反应2下列有关氧化还原反应的叙述中正确的是( ) A.在反应中不一定所有元素化合价都发生变化 B．肯定有一种元素被氧化另一种元素被还原 C．非金属单质在反应中只能得电子 D．金属单质在反应中失电子被还原 3已知下列反应： 2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2① 2FeCl2＋Cl2===2FeCl3② I2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HI③氧化还原反应
纳米材料的制备技术及其特点
高一化学氧化还原反应精选练习题
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