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化学大一轮复习金属部分思维导图(钠Na,铝Al,铜Cu,铁Fe,镁Mg)
编辑于2020-07-02 01:16:03金属
热分解
Ag
Hg
还原
Zn
Fe
Sn
Pb
Cu
电解
Na
Al
K
Ca
Mg
盐
水合碱式碳酸镁 /3MgCO₃ · Mg(OH)₂ · 3H₂O
白色粉末状固体
碱式碳酸镁/Mg₂(OH)₂CO₃
白色稀松的粉末或为轻脆的物质
受热分解
Mg2(OH)₂CO₃=△=2MgO+CO₂↑+H₂O
碳酸镁MgCO₃
无色针状晶体
250℃至800℃
MgCO₃=△=MgO+CO₂
酸
MgCO₃ + 2H⁺ = MgSO₄+ CO₂↑ +H₂O
水
MgCO₃+H₂O=△=Mg(OH)₂+CO₂
Mg(OH)₂
物理性质
白色无定形粉末,别名苛性镁石,轻烧镁砂
CO₂
Mg(OH)₂ + 2CO₂ = Mg(HCO₃)₂ 低温或常温
酸
2H⁺+Mg(OH)₂==Mg²⁺+2H₂O
氨水
2NH₄⁺+Mg(OH)₂==Mg²⁺+2NH₃·H₂O
高温350℃
碳酸氢钠
Mg(OH)₂+2NaHCO₃=Na₃CO₃+MgCO₃
吸收空气中的二氧化碳,逐渐形成组成为 5MgO·4CO₂·xH₂O 的碱式碳酸盐
MgO(碱性氧化物)
酸
MgO + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂O
MgO+2HCl==MgCl²⁺H₂O MgO+2HNO₃==Mg(NO₃)₂+H₂O MgO+H₂ SO₄==MgSO₄+H₂O MgO+H₂ CO₃==MgCO₃+H₂O
水
MgO + H₂O(沸水) = =Mg(OH)₂
CO
MgO+CO=高温=Mg+CO₂
H₂
MgO+H₂=高温=Mg+H₂O
铵盐
MgO+2NH₄⁺==Mg²⁺+2NH₃ ↑+H₂O
Fe³⁺
3MgO+2Fe³⁺+3H₂O==3Mg²⁺+2Fe(OH)₃
制备
Mg
熔融电解法
熔融电解 MgCl2(l)= Mg(s)+Cl2(g)↑
硅热还原
① CaCO₃(s)==高温==CaO(s)+CO₂(g)↑ CaO(s)+H₂O(l)=Ca(OH)₂(s)
② Ca(OH)₂(aq)+MgCl₂(aq)===Mg(OH)₂(s)↓+CaCl₂(aq)
③ Mg(OH)₂(s)+2HCl(l)+6H₂O(l)===MgCl₂·6H₂O(s)+2H₂O(l)
④ MgCl₂·6H₂O(s)===MgCl₂(s) +6H₂O(l)
海水提取
MgCl₂·6H₂O(s)= MgCl₂(s) +6H₂O(l) MgCl₂(l)==电解== Mg(s)+Cl₂(g)↑
Mg(OH)₂
1、在高温下,镁可以参与氧化还原反应
2、工业上常以海水与廉价的氢氧化钙溶液(石灰乳)反应,可得氢氧化镁沉淀
3、卤水⁻氨水法:以经净化处理除去硫酸盐、二氧化碳、少量硼等杂质的卤水为原料,以氨水作为沉淀剂在反应釜中进行沉淀反应,在反应前投入一定量的晶种,进行充分搅拌。卤水与氨水的比例为1:(0.9~0.93),温度控制在40℃。反应终了后添加絮凝剂,沉淀物经过滤后,洗涤、烘干、粉碎,制得氢氧化镁成品
MgCl²⁺2NH₃·H₂O→Mg(OH)₂↓+2NH₄Cl
MgO
1.卤水碳铵制备法。以高镁卤水为原料,采用碳酸氢铵法生产氧化镁。将卤水预处理经沉淀、过滤洗涤,把滤液蒸发、冷却、烘干,再经煅烧、粉碎制得氧化镁。
2.以白云石为原料,用二次碳化法制备氧化镁。先把白云石煅烧,生成氧化镁、氧化钙。经水消化得Mg(OH)₂和Ca(OH)₂。第一次碳化使Mg(OH)₂生成MgCO₃和Mg(HCO₃)₂,使Ca(OH)₂生成CaCO₃。将得到Mg(HCO₃)₂,热解成MgCO₃沉淀,将沉淀物置于水中进行第二次碳化,使MgCO₃生成Mg(HCO₃)₂。经热解过滤、洗涤、煅烧使MgCO₃生成高纯氧化镁。
3.以海水为原料。通过向海水中加入碱性物质(如氢氧化钙),使镁离子沉淀析出,煅烧即得氧化镁。
5.菱镁矿碳化制备法。菱镁矿经煅烧,生成氧化镁的影响因素有煅烧温度、保温时间、升温速率等。
制备
氧化铜
实验室制法
1、利用铜盐如CuSO₄与碱(NaOH)反应生成Cu(OH)₂ ,再将 Cu(OH)₂ 加热分解以制得CuO。
CuSO₄+2NaOH==Cu(OH)₂↓+Na₃SO₄ Cu(OH)₂=△=CuO+H₂O
2、加热铜(Cu),使铜与氧气(O₂)反应生成氧化铜(CuO)。
2Cu+O₂==2CuO
3、氧化铜可由金属铜在空气中加热,或者加热分解氢氧化铜、硝酸铜、碱式碳酸铜 等而制得。
4.氢氧化铜制取铜
工业制法
1.铜粉氧化法
2、硝酸铜热分解法
将电解铜用稀硝酸溶解后在水浴上蒸干,然后在干燥器里要非常缓慢地从90℃加热到120℃。当生成松软的碱式盐时,放入水中煮沸、过滤、干燥;然后将其慢慢加热到400℃,使大部分硝酸除去;接着粉碎后加热到850℃,保持1h,使其分解为氧化铜。为使反应更加完全,可将产品再次粉碎,在约700℃的条件下,加热1h后,放入干燥器中冷却。
3.碳酸铜热分解法
4.铜丝或铜粉硝化
将铜丝或铜粉溶于6mol/L硝酸中保持铜稍过量,加热至溶液pH值3~4,以除去氢氧化铁沉淀,然后与10%( 质量)的碳酸钠溶液混合,加热沸腾,有碱式盐析出,弃去上层清液,用水充分洗涤、过滤、干燥。将干燥的碱式碳酸铜在充分搅拌下于小火加热分解为黑色氧化铜粉末:CuCO₃·Cu(OH)₂=2CuO+CO₂↑+H₂O 当不再有二氧化碳生成,表明分解完全。
5.电导水溶解法
氧化亚铜
干法
铜粉经除杂质后与氧化铜混合,送入煅烧炉内加热到800~900℃煅烧成氧化亚铜。取出后,用磁铁吸去机械杂质,再粉碎至325目,制得氧化亚铜成品。如果采用硫酸铜为原料,则先用铁将硫酸铜中的铜还原出来,以后的反应步骤与以铜粉为原料法相同。
葡萄糖还原法
将硫酸铜溶液与葡萄糖混合后加入氢氧化钠溶液进行反应,生成氧化亚铜,经过滤、漂洗、烘干粉碎制得氧化亚铜产品
电解法在铁
电解法在铁: 制壳体内衬聚氯乙烯的电解槽中,以浇铸铜板作阳极,紫铜板作阴极,用铬酸钾作添加剂,食盐溶液作电解液
高温法
空气中加热铜粉,使之首先氧化为CuO,继续升温至1303K以上,CuO分解为Cu₂O
烧结
以电解铜粉和氧化铜为原料,密闭高温煅烧后得到Cu₂O
实验室制法
把氢氧化铜和乙醛溶液水浴加热,得到砖红色的物质就是氧化亚铜
铜
还原剂还原氧化铜
氢氧化铜
由于氢氧化铜难溶于水,使用铜盐与碱反应过滤即可制得氢氧化铜
硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液混合过滤制取(产生蓝色絮状沉淀)
氯化铜与氢氧化钾
硝酸铜与氢氧化钡混合
硫酸铜与氢氧化钡
氯化铜与氢氧化钙
氯化铜与氢氧化钡
用铜电极电解水解的氢氧化金属
碱式碳酸铜
1.硫酸铜法
2CuSO₄+4NaHCO₃→CuCO₃·Cu(OH)₂↓+2Na₃SO₄+3CO₂↑+H₂O
2CuSO₄+2Na₃CO₃+H₂O==Cu2(OH)₂CO₃↓+2Na₃SO₄+CO₂↑
2.硝酸铜法
操作方法:电解铜与浓硝酸作用生成硝酸铜后,再与碳酸钠和碳酸氢钠的混合液反应生成碱式碳酸铜,沉淀经洗涤、分离脱水、干燥,制得碱式碳酸铜成品。
3.以硝酸铜和碳酸钠为原料,配制等物质的量的三水合硝酸铜和碳酸钠水溶液,边混合边搅拌,此时即生成蓝绿色胶状沉淀,室温下继续搅拌,即可生成结晶状物质,过滤后,在空气中干燥。便可得到组成为的产品。 或者也可用五水合硫酸铜或一水合乙酸铜及碳酸钾为原料制得同样的目的产物
4.在一大的硬质玻璃管中,封入等物质的量的三水合硝酸铜和碳酸钙粉末,安装一水银压力计,加热使管中物料熔化。如产生的二氧化碳压力达到505~808kPa时,即生成组成为2CuCO₃·Cu(OH)₂的产品
5.在搅拌下将硫酸铜溶液加入50%的碳酸氢钠水溶液中: 反应温度为70~80℃,硫酸铜的加入速度以生成的CO₂产生的泡沫不溢出为宜,保持反应液ph=8,反应结束后,将反应液煮沸10~15min,碱式碳酸铜会迅速沉淀下来。静置,待上层溶液澄清后分去,沉淀用70~80℃水或去离子水洗涤至不含SO₄²⁻离子,然后离心 分 离,在80⁻100℃ 下 干 燥
6.铜做正极,放入浓碳酸钠水溶液中,用直流电电解,正极上即生成碱式碳酸铜。
镁
非金属单质
氧气
2Mg+O₂==点燃==2MgO
空气中生锈
2Mg+O₂+H₂O+CO₂=Mg2(OH)₂CO₃
氮气
3Mg+N2==点燃==Mg3N2
氯气
Mg+Cl2==点燃==MgCl2
硫
非金属氧化物
水
Mg+2H₂O(热水)== Mg(OH)₂+H₂ ↑
二氧化碳
2Mg+CO₂=点燃=2MgO+C
酸
盐酸等非氧化性酸
Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂ ↑
氧化性酸
硝酸
浓硝酸
Mg + 4HNO₃ (浓 )=Mg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O
稀硝酸
3Mg + 8HNO₃(8M)=3Mg(NO₃)₂ + 2NO +4H₂O
4Mg + 10HNO₃(2M)=4Mg(NO₃)₂ + N2O + 5H₂O
4Mg + 10HNO₃(lM)=4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O
Mg + 2HNO₃(极稀)=Mg(NO₃)₂ +H₂
硫酸
稀硫酸
Mg+2H⁺=Mg²⁺+H₂ ↑
浓硫酸
加热
Mg + 2H₂SO₄(浓) =△= MgSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O
常温
剧烈反应
金属氧化物
金属
Mg+Cu²⁺=Mg²⁺+Cu
3Mg+2Fe³⁺+6H₂O==3Mg²⁺+2Fe(OH)₃+3H₂
铵盐
Mg + 2NH₄Cl ===MgCl²⁺ 2NH₃↑ + H₂ ↑
可拆分
碱金属氢氧化物
氢氧化铜(蓝色粉末或晶体)
碱
强碱
氨水
Cu(OH)₂+4NH₃.H₂O=[Cu(NH₃)₄](OH)₂+4H₂O
生成深蓝色的铜氨溶液,含有[Cu(NH₃)₄]络离子,但在稀释后重新变成氢氧化铜
酸
分解
二氧化碳
2Cu(OH)₂+ CO₂= Cu₂(OH)₂CO₃ + H₂O
脂肪醛可以与氢氧化铜反应
特别注意,芳香醛Ar⁻CHO一般不能被氢氧化铜氧化!此方法可以用来区分芳香醛与脂肪醛
葡萄糖
也可写成
氢氧化铜在多种矿物中存在,例如蓝铜矿、孔雀石、块铜矾和水胆矾。蓝铜矿(2CuCO₃·Cu(OH)₂)和孔雀石(CuCO₃·Cu(OH)₂)属于碱式碳酸盐,块铜矾(CuSO₄·2Cu(OH)₂)和水胆矾(CuSO₄·3Cu(OH)₂)属于碱式硫酸盐。
铜的化合物
铜的氧化物
CuO(黑色)
乙醇
酸
CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O
氢气
H₂+CuO=△=Cu+H₂O
碳
2CuO+C=△=2Cu+CO₂↑
一氧化碳
CuO+CO=△=Cu+CO₂
氨气
3CuO+2NH₃=△=3Cu+N₂+3H₂O
受热分解
4CuO =高温= 2Cu₂O + O₂
Cu₂O(红色)
与酸
氧化性
硝酸
3Cu₂O + 14HNO₃(稀)→ 6Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 7H₂O
硫酸
Cu₂O+H₂ SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
非氧化性酸
Cu₂O+4HCl=2HCuCl²⁺H₂O
溶于浓氨溶液形成无色配合物[Cu(NH₃)₂]+(铜(I)氨离子) 其在空气中被氧化为蓝色的 [Cu(NH₃)4(H₂O)₂]²⁺(二水合铜(II)氨离子)
硫化铜CuS(黑褐色)
分解
2CuS==220℃==Cu2S+S
氧气
缓慢氧化
2CuS+O₂====2CuO+2S
加热
2CuS+3O₂==△==2CuO+2SO₂
酸
氧化性酸
硝酸
浓硝酸
CuS+8HNO₃(浓)====CuSO₄+8NO₂↑+4H₂O
稀硝酸
3CuS+8HNO₃(稀)====3CuSO₄+8NO↑+4H₂O
硫酸
浓硫酸
CuS+4H₂ SO₄(浓)====CuSO₄+4SO₂↑+4H₂O
非氧化性酸
盐酸
CuS + 2 HCl === H₂ S + CuCl2
2CuS+10CN⁻==2[Cu(CN)₄]3⁻+2S²⁻+(CN)₂
铜盐
金属
Fe+Cu²⁺=Fe²⁺Cu,Zn+Cu²⁺=Fe²⁺Cu,2Al+3Cu²⁺=2Al³⁺
碱
Cu²⁺+2OH⁻=Cu(OH)₂
硫化氢
Cu²⁺ + H₂ S=CuS↓+ 2H⁺
硫离子
Cu²⁺ + S²⁻=CuS↓
碳酸根离子
2Cu²⁺+CO₃²⁻+2OH⁻=Cu2(OH)₂CO₃
铜(II)
铜(II)可以形成一系列的配离子,如Cu(H₂O)4(蓝色)、CuCl4(黄绿)、Cu(NH₃)4(深蓝)等,它们的颜色也不尽相同。
碱式碳酸铜 Cu2(OH)₂CO₃
铜在潮湿空气中生成铜绿
氨水
Cu₂(OH)₂CO₃+8NH₃+H₂O=2[Cu(NH₃)₄](OH)₂+CO₂↑ (生成铜氨配离子)
酸
Cu₂(OH)₂CO₃+4H⁺==2Cu²⁺+CO₂+3H₂O
受热分解
Cu₂(OH)₂CO₃=△=H₂O+2CuO+CO₂↑
硫酸铜(五水、一水和无水)、醋酸铜((CH₃COO)₂Cu·H₂O)、氧化铜(CuO)和氧化亚铜(Cu₂O)、氯化铜 (CuCl2)和氯化亚铜(CuCl) 、硝酸铜(Cu(NO₃)₂)、氰化铜(Cu(CN)₂)、脂肪酸铜、环烷酸铜(C22H14CuO₄)等
铜
酸
氧化性酸
硫酸
稀硫酸
常温,加热均不反应
浓硫酸
常温
不反应
加热
硝酸
浓硝酸
稀硝酸
非氧化性酸
盐酸
稀盐酸和空气
浓盐酸
空气和稀酸
非金属单质
氧气
氧足量
氧不足
2Cu+O₂=△=Cu₂O₂
继续在高温下燃烧
生锈(铜绿)
或者
硫
Cl₂
(棕黄色烟)
碳
碳过量
Cu+2C=高温高压=CuC₂
碳少量
2Cu+2C=高温高压=Cu₂C₂
金属盐溶液
硝酸汞
硝酸银
Fe³⁺
或者
苏打兄弟
碳酸钠(苏打)
高温分解
酸
碳酸(长期暴露在空气中)
盐酸
盐酸足量
盐酸少量
碱
氢氧化钙
盐
氯化钡
氯化钙
硫酸铝
碳酸钠的结晶水合物石碱(Na₃CO₃·10H₂O)在干燥的空气中易风化
碳酸氢钠(小苏打)
270℃全部分解
酸
碱
氢氧化钙
氢氧化钙过量
氢氧化钙少量
氢氧化钠
NaOH+NaHCO₃==Na₂CO₃+H₂O
盐
氯化铝双水解
3NaHCO₃+ AlCl₃==== Al(OH)₃↓+ 3CO₂↑+ 3NaCl
硫酸铝双水解
Al₂(SO₄)₃+6NaHCO₃==3Na₃SO₄+2Al (OH)₃↓+6CO₂↑
(五水)硫代硫酸钠/海波/Na₃S2O₃·5H₂O(大苏打)
大苏打是无色透明的晶体,易溶于水,水溶液显弱碱性。它在33℃以上的干燥空气中风化而失去结晶水。
酸性溶液中分解
溴化银生成络合物
氯气
硫化钠/臭苏打/臭碱/黄碱/硫化碱
常温下纯品为无色或微紫色的棱柱形晶体,工业品因含杂质常为粉红、棕红色、土黄色块。 具有臭味。溶解于冷水,极易溶于热水,微溶于醇。
酸
水合碳酸钠
一水碳酸钠(Na₃CO₃·H₂O)
七水碳酸钠(Na₃CO₃·7H₂O)
十水碳酸钠(Na₃CO₃·10H₂O)
过氧化钠
氮的氧化物
Na₂O₂ + 2NO = 2NaNO₂ Na₂O₂+ 2 NO₂ = 2NaNO₃
二氧化碳
2Na₂O₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂
水
2Na₂O₂+ 2H₂O = 4NaOH +O₂↑
Na₂O₂+2H₂O=2NaOH+H₂O₂ 2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑
硫的氧化物
Na₂O₂ + SO₂ = Na₂SO₄
2Na₂O₂ + 2SO₃ = 2Na₂SO₄ + O₂
酸
2Na₂O₂+4H⁺=4Na⁺+2H₂O+O₂↑
Na₂O₂ + H₂ S = 2NaOH + S↓(强氧化性)
氧化性
4Na₂O₂+4Fe²⁺=2Fe₂O₃+8Na⁺+O₂
Na₂O₂+H₂ S=2NAOH+S
Na₂O₂+Na₃SO₃+H₂O=Na₃SO₄+2NaOH
品红褪色,指示剂褪色(强氧化性,起作用的是过氧化氢)
还原性
2KMnO₄ + 5Na₂O₂ +8H₂ SO₄ = K2SO₄ + 5Na₃SO₄ +2 MnSO₄ +8H₂O
Na₂O
水
Na₂O+H₂O=2NaOH
二氧化碳
2NaO+CO₂=Na₃CO₃
酸
分解
大于400℃
氧气
常温加热均可反应
2Na₂O+O₂=2Na₂O₂
制备
钠
工业
铁粉和高温氢氧化钠反应的方法制备金属钠
当斯法
在食盐(即氯化钠)融熔液中加入氯化钙,油浴加热并电解,温度为500℃,电压6V,通过电解在阴极生成金属钠,在阳极生成氯气。然后经过提纯成型,用液体石蜡进行包装
卡斯纳法
以氢氧化钠为原料,放入铁质容器,熔化温度320~330℃,以镍为阳极,铁为阴极,在电极之间设置镍网隔膜,电解电压4~4.5V,阴极析出金属钠,并放出氧气。再将制得的金属钠精制,用液体石蜡包装
氧化钠
在真空中使叠氮化钠(NaN3)和硝酸钠混合加热,反应可生成氧化钠并放出氮气
NaN³⁺NaNO₃=Na₂O+N2↑
也可用钠跟过氧化钠、亚硝酸钠相互反应来制备
2Na+Na₂O₂=2Na₂O 6Na+2NaNO₂=4Na₂O+N2↑
碳酸钠等也可以在一定温度下分解,产生氧化钠
过氧化钠
钠加热至熔化,通入一定量的除去二氧化碳的干燥空气,维持温度在453⁻473K之间,钠即被氧化为氧化钠,进而增加空气流量并迅速提高温度至573⁻673K
4Na+O₂= 2Na₂O 2Na₂O+O₂= 2Na₂O₂
Na₂O₂·8H₂O
饱和NaOH(纯级)溶液与42%H₂O₂混合
2NaOH+H₂O₂→Na₂O₂+2H₂O(0℃)
硫化钠
1、煤粉还原法,将芒硝与煤粉按100:(21~22.5)(重量比)配比混合于800~1100℃高温下煅烧还原,生成物经冷却后用稀碱液热溶成液体,静置澄清后,把上部浓碱液进行浓缩,即得固体硫化钠。经中转槽、制片(或造粒)制得片(或粒)状硫化钠产品
Na₃SO₄+2C→Na₃S+2CO₂
2、吸收法,用380~420 g/L氢氧化钠溶液吸收含H₂ S>85%硫化氢废气,所得产物经蒸发浓缩,制得硫化钠成品
H₂ S+2NaOH→Na₃S+2H₂O
3、硫化钡法,用硫酸钠与硫化钡进行复分解反应制沉淀硫酸钡时可以副产得到硫化钠。
BaS+Na₃SO₄→Na₃S+BaSO₄↓
4、气体还原法,在有铁催化剂存在下,将氢气(或一氧化碳、发生炉煤气、甲烷气)在沸腾炉中与硫酸钠进行反应,可制得优质无水颗粒状硫化钠(含Na₃S 95%~97%)
Na₃SO₄+4CO→Na₃S+4CO₂ Na₃SO₄+4H₂ →Na₃S+4H₂O
碳酸钠
索氏制碱法
第一步,氨气与水和二氧化碳反应生成碳酸氢铵
第二步,碳酸氢铵与氯化钠反应生成的碳酸氢钠沉淀和氯化铵,碳酸氢钠之所以沉淀是因为它的溶解度较小。经过滤得到碳酸氢钠固体
第三步:加热分解碳酸氢钠,生成水、二氧化碳和碳酸钠
第四步:将第二步中副产的氯化铵和熟石灰混合加热,得到的氨气可循环利用
侯氏制碱法
第一步,氨气与水和二氧化碳反应生成一分子的碳酸氢铵
第二步碳酸氢铵与氯化钠反应生成的碳酸氢钠沉淀和氯化铵,碳酸氢钠之所以沉淀是因为它的溶解度较小。经过滤得到碳酸氢钠固体。(这两步和上面的索氏制碱法相同)。
第三步,合成的碳酸氢钠部分可以直接出厂销售,其余的碳酸氢钠会被加热分解,生成碳酸钠,生成的二氧化碳可以重新回到第一步循环利用
NaCl + CO₂+NH₃+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl
先添加NH₃而不是CO₂:CO₂在NaCl中的溶解度很小,先通入NH₃使食盐水显碱性(用无色酚酞溶液检验),能够吸收大量CO₂气体,产生高浓度的HCO₃⁻,才能析出NaHCO₃晶体。)
实验室
Na
物理性质
银白色,硬度小,密度比水小,比煤油大,保存在煤油中
化学性质
非金属单质
O₂
常温缓慢氧化
4Na+O₂==2Na₂O(白色)
燃烧
2Na+O₂=加热=Na₂O₂(淡黄色)
在空气中变质
Na—Na₂O—NaOH—Na₂CO₃⁻10H₂O—Na₂CO₃
Na+O₂=Na₂O Na₂O+H₂0=2NaOH 2NaOH +CO₂+9H₂O=Na₂CO₃·10H₂O Na₂CO₃·10H₂O=Na₂CO₃+10H₂O
氯气
S
2Na+S=Na₂S
16Na+S₈(单斜硫蒸汽)=燃烧=8Na₂S
Br₂
2Na+Br₂=2NaBr
H₂
2Na+H₂=高温=2NaH
非金属氧化物
H₂O
2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑
CO₂
2Na+2CO₂ = Na₂CO₃+CO
低元醇
2Na+2ROH=2RONa+H₂↑ (ROH表示低元醇)
NH₃
2Na + 2NH₃(L)= 2NaNH₂+ H₂↑(此反应中“2NH₃(L)”表示液氨)
酸
盐酸
硫酸
钠与酸反应时,若酸过量则钠只与酸反应,若酸不足量则钠先与酸反应再与水反应
盐
硫酸铜
2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑ CuSO₄+2NaOH=Cu(OH)₂↓+Na₂SO₄
FeCl₃
总:6Na+6H₂O+2FeCl₃=3H₂↑+6NaCl+2Fe(OH)₃↓ 2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑ 3NaOH+FeCl₃=Fe(OH)₃↓+3NaCl
Na(l)+KCl==NaCl+K(g),
TiCl₄+4Na=Ti+4NaCl
用途
氢氧化铝
电离
酸式
Al(OH)₃=H⁺ + AlO₂⁻ + H₂O或Al(OH)₃+H₂O=Al(OH)4⁻ + H⁺
碱式
Al(OH)₃=Al³⁺ + 3OH⁻
酸
Al(OH)₃+3H⁺ →Al³⁺+3H₂O
碱
Al(OH)₃+OH⁻→ [Al(OH)₄]⁻或 Al(OH)₃+⁻OH==AlO₂⁻+2H₂O
氢氧化铝在碱性环境中异构反应:Al(OH)₃→HAlO₂+H₂O Al(OH)₃+OH⁻→AlO₂⁻+2H₂O
加热分解
2Al(OH)₃==加热==Al2O₃+3H₂O
Al(OH)₃ 可以看成一元弱酸或三元弱碱
Al(OH)₃ + 3H⁺ = Al³⁺ + 3H₂O Al(OH)₃ + OH⁻ = AlO₂⁻+ 2H₂O
偏铝酸根
酸
酸少量
AlO₂⁻ +H⁺ +H₂O=Al(OH)₃ Al(OH)₃ +3H⁺ = Al³⁺ + 3H₂0
酸过量
4H⁺+ AlO₂⁻ = Al³⁺+2H₂O
偏铝酸盐水溶液显碱性
AlO⁻ + 2H₂O → Al(OH)₃ + OH⁻
偏铝酸根离子不能与H⁺,NH₄⁺,HCO₃⁻,Al³⁺,Fe³⁺等共存
Al³⁺
3AlO₂⁻+Al³⁺6H₂O=4Al(OH)₃↓
[Al(OH)₄]⁻
二氧化碳
二氧化碳过量
CO₂+[Al(OH)₄]⁻=HCO₃⁻+Al(OH)₃
二氧化碳少量
CO₂+2[Al(OH)₄]⁻=CO₃²⁻+2Al(OH)₃+H₂O
酸
酸少量
[Al(OH)₄]⁻+H⁺=Al(OH)₃+H₂O
酸过量
[Al(OH)₄]⁻+4H⁺=Al³⁺+4H₂O
Na[Al(OH)₄]==NaAlO₂+2H₂O
制备
氢氧化铝
可溶性铝盐和氨水反应来制备
AlCl₃+3NH₃·H₂O=Al(OH)₃↓+3NH₄Cl Al2(SO₄)³⁺6NH₃·H₂O=2Al(OH)₃↓+3(NH₄)₂SO₄ (Al³⁺+3NH₃·H₂O=Al(OH)₃↓+3NH₄⁺)
四羟基合铝酸钠与过量二氧化碳反应
Na[Al(OH)₄]+CO₂(过)=NaHCO₃+Al(OH)₃↓
酸溶法
2Al+6H⁺=2Al³⁺ +3H₂
碱溶法
2Al+2OH⁻+6H₂O=2[Al(OH)₄]⁻+3H₂ ↑ CO₂+2[Al(OH)₄]⁻=CO₃²⁻+2Al(OH)₃+H₂O
铝
铝土矿提纯三氧化二铝
2Al2O₃(熔融)=通电=4Al+3O₂↑
氧化铝熔点非常高,加冰晶石可以降低氧化铝熔化所需温度,降低能耗
碱溶法
酸溶法
偏铝酸盐
可用氧化铝与固态氢氧化钠或碳酸钠共熔制得。
Al2O₃(s)+2NaOH(s)=NaAlO₂(s)十H₂ 0(g)
三氧化二铝
2Al(OH)₃==加热==Al2O₃+3H₂O
Al³⁺
酸氢根
Al(³⁺) + 3HCO₃(⁻) == Al(OH)₃↓+ 3CO₂↑
2Al³⁺ +3CO₃²⁻+3H₂O=2Al(OH)₃+3CO₂ Al³⁺+3HCO₃⁻=Al(OH)₃+3CO₂ 2Al³⁺+3S²⁻+6H₂O=Al(OH)₃+3H₂S Al³⁺+3ClO⁻+3H₂O=Al(OH)₃+3HClO Al³⁺+3AlO₂⁻+6H₂O=4Al(OH)₃
碱
强碱
少量碱
Al³⁺+3OH⁻=Al(OH)₃
过量碱
Al³⁺+4OH⁻=AlO₂⁻+2H₂O或 Al³⁺+4OH⁻=[Al(OH)₄]⁻
弱碱
Al³⁺+3NH₃.H₂O=Al(OH)₃+3NH₄⁺
水
2Al+6H₂0=△=2Al(OH)₃+3H₂↑
冷水中反应不明显 热水中反应较明显
偏铝酸盐
Al³⁺ + 3 AlO⁻+ 6H₂O == 4Al(OH)₃↓
铝离子不能与OH⁻,(CO₃)₂⁻,HCO₃⁻,S²⁻,HS⁻,AlO₂⁻等共存
四羟基合铝酸根
Al³⁺+3 [Al(OH)₄]⁻=4Al(OH)₃
Al₂O₃
酸
Al2O₃ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂O
碱
和熔融的碱反应
Al2O₃ + 2NaOH== 2NaAlO₂(偏铝酸钠) + H₂O
或碱溶液反应
Al2O₃+ 2NaOH +3H₂O = 2Na[Al(OH)₄](四羟基合铝酸钠) 也可以简写为:Al2O₃+2OH⁻=2AlO₂⁻(偏铝酸根离子)+H₂O
Al
非金属
O₂
4Al+3O₂=点燃=2Al₂O₃(白色)
现象:铝箔融化失去光泽,融化下的铝不滴落。 原因:铝生成了三氧化铝,熔点很高,形成氧化铝薄膜,包裹在铝外面。
Cl₂
S
2Al+3S=△=Al2S3
水
和热水反应:2Al+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂ ↑(反应缓慢)
酸
氧化性酸
硫酸
浓硫酸
常温
钝化
2Al+3H₂ SO₄(浓)=Al2O₃+3SO₂↑+3H₂O
加热
2Al + 3H₂ SO₄(浓)=加热=Al2O₃ + 3SO₂ + 3H₂O
稀硫酸
2Al+3H₂ SO₄=Al2(SO₄)³⁺3H₂ ↑
硝酸
浓硝酸
常温
钝化
4Al+12HNO₃(浓)=2Al2O₃+12NO₂↑+6H₂O
加热
稀硝酸
非氧化性酸
盐酸
2Al +6HCl ==== 2AlCl₃+ 3H₂↑
2Al+6H⁺=2Al³⁺ +3H₂
碱
强碱
①2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂ ②2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al(OH)₄]+3H₂
不与弱碱反应
盐溶液
2Al+3Hg(NO₃)₂=3Hg+2Al(NO₃)₃
2Al+3CuSO₄═Al2(SO₄)³⁺3Cu
水
铝与沸水几乎没有反应现象,不过铝在加热条件下就可以与水蒸汽发生明显反应,但反应一开始就与水中的氧气生成致密氧化膜阻止反应进一步进行。
和较不活动金属氧化物反应
3Fe3O₄+8Al=9Fe+4Al2O₃
铝热反应
表达式:2yAl+3MxOy→yAl2O₃+3xM(M为金属元素)
实验反应化学方程式: 氧化铁:2Al+Fe₂O₃→2Fe+Al2O₃ 四氧化三铁:8Al+3Fe3O₄→9Fe+4Al2O₃ 二氧化锰:4Al+3MnO₂→3Mn+2Al2O₃ 五氧化二钒:10Al+3V2O5→6V+5Al2O₃ 氧化铬:2Al+Cr2O₃→2Cr+Al2O₃
操作流程
1.将氧化铁和铝粉按照体积比3:2混合均匀制成铝热剂,装入容器内 2.取少量氯酸钾充分研碎,撒到铝热剂顶部 3.取一根10cm左右的镁条,用砂纸打磨干净,插入铝热剂顶部 4.引燃镁条,戴好墨镜,以防闪光伤眼。 5.在铝热剂下放一些废铁,可以被铝热剂燃烧时产生大量的热量熔化,变成炙热、亮黄色的铁水,非常壮观。注意安全。 实验现象:镁条剧烈燃烧,放出大量热能,使氧化铁粉末和铝粉在高温下发生剧烈的氧化还原反应。最终生成液态的铁和氧化铝。[2]
装置
铁氧化物
FeO
存在形式:黑色(粉末)固体 ,碱性氧化物。
化学性质:与酸反应生成二价铁和水,不稳定,在空气中加热时迅速被氧化成四氧化三铁,溶于盐酸、稀硫酸生成亚铁盐。不溶于水,不与水反应。
Fe₂O₃
存在形式:红棕色粉末。铁锈的主要成分。
化学性质:与酸反应生成水和三价铁,是碱性氧化物。
用于和CO反应炼制生铁(H₂ 也可)
Fe₂O₃+3CO=2Fe+3CO₂(高温)
Fe₂O₃+3H₂ =2Fe+3H₂O(高温)
2Fe₂O₃+3C=4Fe+3CO₂(高温)
Fe3O₄+8Al==(高温)4Al2O₃+3Fe
Fe₃O₄
存在形式:具有磁性的黑色晶体
化学性质:铁在四氧化三铁中有两种化合价,+2和+3价格。因它具磁性又名磁性氧化铁。难溶于水,溶于酸(Fe3O₄ + 8H⁺ = Fe²⁺ + 2Fe³⁺ + 4H₂O),不溶于碱,也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。但是天然的Fe3O₄不溶于酸。其中1/3是Fe²⁺、2/3是Fe³⁺,Fe3O₄可看作是由FeO、Fe₂O₃形成的化合物。[实质是Fe(FeO₂)₂,偏铁酸亚铁盐]
在潮湿的空气中,易氧化成三氧化二铁。
4Fe3O₄+O₂==6Fe₂O₃
在高温下可与还原剂H₂ 、CO、Al等反应。
3Fe₃O₄+8Al==4Al₂O₃+9Fe Fe₃O₄+4CO==3Fe+4CO₂
在高温下可与还原剂H₂ 、CO、Al等反应。
3Fe₃O₄+8Al==4Al₂O₃+9Fe Fe₃O₄+4CO==3Fe+4CO₂
FeO₂
物理性质:深绿色黏稠的油状液体。熔点为⁻25℃,沸点为170℃。有焦糊气味。与水互溶。水溶液呈酸性。酸性氧化物。
化学性质
二氧化铁为水溶性酸性氧化物,可与水、碱反应。
FeO₂+H₂O══H₂ FeO₃(亚高铁酸)
FeO₂ + NaOH ==== NaHFeO₃
FeO₂ + 2NaOH ==== Na₃FeO₃ + H₂O
FeO₂有氧化性,可使金属等还原剂氧化(以单质铁为例)
3FeO₂ + Fe ==== 2Fe₂O₃
FeO₂有弱还原性
3FeO₂ + O₃ ==== 3FeO₃
FeO₂遇水歧化,生成高铁酸。
二氧化铁与盐酸放出氯,与硫酸放出氧。
FeO₂+5HCl=Cl₂+FeCl₃+2H₂O
FeO₃
物理性质:氧化高铁、高铁酸酐,是一种红褐色固体
.铁呈+6价,可溶于水,水溶液呈酸性。其与水反应生成高铁酸。
制备
Fe(OH)₃
FeCl₃+3H₂O =Fe(OH)₃(胶体)+3HCl (反应条件:沸水加热)
沸腾的蒸馏水中逐滴加1~2mL饱和FeCl₃溶液,煮沸至液体呈红褐色,停止加热。
FeO
在隔绝空气条件下加热草酸亚铁
FeC2O₄=FeO+CO+CO₂
Fe₂O₃
在空气中灼烧亚铁化合物或氢氧化铁等可得三氧化二铁
4Fe3O₄+O₂=6Fe₂O₃
Fe₃O₄
(1)铁丝在氧气中燃烧3Fe + 2O₂ = Fe3O₄
(2)细铁丝在空气中加热到500℃也会燃烧生成四氧化三铁
(3)铁在高温下与水蒸气反应:3Fe + 4H₂O = Fe3O₄ + 4H₂
FeO₂
五羰基合铁与四氧化二氮反应生成二氧化铁
2Fe(CO)5+7N2O₄(l)══FeO₂+14NO↑+10CO₂↑
高铁酸钠
高铁酸钠也可用熔融的过氧化钠与赤铁矿在高温下反应制得
Fe₂O₃+3Na₂O₂⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻>2Na₂FeO₄+Na₂O
H₂FeO₄
H₂FeO₄可用高氙酸或氙酸与铁反应制得
2H₄XeO6+2Fe⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻>2H₂FeO₄+2Xe↑+O₂↑+2H₂O H₂XeO₄+Fe⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻>H₂FeO₄+Xe↑
H₂FeO₄可用偏高碘酸与FeSO₄反应制得
FeSO₄+2HIO₄⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻>H₂ FeO₄+H₂SO₄+2HIO₃
氢氧化亚铁
可以用硫酸亚铁溶液和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁沉淀和硫酸钠,过滤便得氢氧化亚铁。 在试管里注入少量新制备的硫酸亚铁溶液(为使氢氧化亚铁的制备成功,先将硫酸亚铁溶液加热,除去溶解的氧气),再向其中滴入几滴煤油,用胶头滴管吸取氢氧化钠溶液,将滴管尖端插入试管里溶液液面下,逐滴滴入氢氧化钠溶液。
FeSO₄+2NaOH==Fe(OH)₂↓+Na₂SO₄。
铁阳极法电解氢氧化钠溶液
阳极:Fe = Fe(²⁺) + 2e 阴极:2H(+) + 2e = H₂ 总反应:Fe + 2H₂O = Fe(OH)₂ + H₂
亚铁盐氨解法(也需要除氧)
FeSO₄ + 2NaOH = Fe(OH)₂ + Na₃SO₄
铁
工业
CaCO₃==CaO+CO₂ CaO+SiO₂==CaSiO₃(造渣) C+O₂==CO₂ C+CO₂==2CO Fe₂O₃+3CO==2Fe+3CO₂ 所有反应条件都是“高温”
其他化合态
铁酸钠溶液通入二氧化碳
2Na₃[Fe(OH)₆]+3CO₂+(x⁻6)H₂O====Fe₂O₃.xH₂O↓+3Na₃CO₃
Fe₂O₃.xH₂O====2Fe(OH)₃+(x⁻3)H₂O
高铁酸
紫黑色固体。是三氧化铁的水化物。其中铁的化合价为+6,得电子的能力很强,所以氧化性极强。高铁酸是强酸,但溶于水中会迅速反应,所以高铁酸在水中显不出酸性,在其它溶剂中可以显出强酸性。
高铁酸与水缓慢反应,生成氢氧化铁胶体和氧气,六价铁被还原成三价铁
4H₂FeO₄+(x⁻4)H₂O⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻>2(Fe₂O₃.xH₂O)+3O₂↑
高铁酸遇稀酸迅速分解
4H₂FeO₄+6H₂SO₄⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻>2Fe₂(SO₄)₃+10H₂O+3O₂↑
高铁酸氧化性极强
H₂FeO₄+3e⁻+3H₃O+⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻>Fe(OH)₃+4H₂O
高铁酸钠
高铁酸钠是铁的六价铁盐,具有很强的氧化性,溶于水中能释放大量的氧原子,从而非常有效地杀灭水中的病菌和病毒。与此同时,自身被还原成新生态的Fe(OH)₃,这是一种品质优良的无机絮凝剂,能高效地除去水中的微细悬浮物。
杀菌作用:FeO₄²⁻+4H₂O+3e⁻→ [Fe(OH)₆]3⁻+2OH⁻
高铁酸钠可用氢氧化铁、次氯酸钠、氢氧化钠在低温下反应制取
2Fe(OH)₃+3NaClO+4NaOH⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻>2Na₃FeO₄+3NaCl+5H₂O
Fe(OH)₃
氢碘酸
2Fe(OH)₃+6H⁺ +2I⁻=I₂+2Fe²⁺+6H₂O
盐酸
Fe(OH)₃+3HCL=FeCL₃+3H₂O
加热
2Fe(OH)₃==△==Fe₂O₃+ 3H₂O
两性电离
酸性
Fe(OH)₃+7H₂O==可逆==[Fe(H₂O)₂(OH)₄]⁻+H₃O+
[Fe(H₂O)₂(OH)₄]⁻+H₂O==可逆==[Fe(H₂O)(OH)5]²⁻+H₃O+
[Fe(H₂O)(OH)5]²⁻+H₂O==可逆==[Fe(OH)6]3⁻+H₃O+
碱性
Fe(OH)₃+6H₂O==可逆==[Fe(H₂O)6]³⁺+3OH⁻
强碱
Fe(OH)₃ + 3OH⁻==== [Fe(OH)6]3⁻
Fe(OH)₂
氧气
4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃
现象:白色固体变灰绿色,然后迅速变为红褐色。
硝酸
3Fe(OH)₂+10HNO₃= 3Fe(NO₃)₃+8H₂O+NO↑
过氧化氢
H₂O₂+2Fe(OH)₂=2Fe(OH)₃
碘化氢
Fe(OH)₂+2H⁺=Fe²⁺ +2H₂O
硝酸
稀硝酸
10HNO₃(稀)+3Fe(OH)₂=3Fe(NO₃)₃+NO↑+6H₂O
浓硝酸
4HNO₃(浓)+Fe(OH)₂=Fe(NO₃)₃+NO₂↑+3H₂O
酸
Fe(OH)₂ + 2H⁺ = Fe²⁺ + 2H₂O
加热
隔绝空气
Fe(OH)₂ =△= FeO + H₂O
不隔绝空气
4Fe(OH)₂ + O₂ =△= 2Fe₂O₃ + 4H₂O
Fe³⁺
锌
少量锌
Zn+2Fe³⁺==Zn²⁺ + 2Fe²⁺
过量锌
Zn+2Fe³⁺==Zn²⁺ + 2Fe²⁺,Zn+Fe²⁺ ==Fe+ Zn²⁺
铜
Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺
铁
硫
亚硫酸根
2Fe³⁺ + (SO₃)²⁻ + H₂O == 2Fe²⁺ + (SO₄)²⁻ + 2H⁺
二氧化硫
2Fe³⁺+SO₂+2H₂O==2Fe²⁺+4H⁺+SO₄²⁻
亚硫酸氢根
2Fe³⁺ + H₂O + HSO₃⁻ = SO₄²⁻ + 2Fe²⁺ +3H⁺
硫离子
2Fe³⁺+S²⁻=S+2Fe²⁺
碘离子
2Fe³⁺+2I⁻=2Fe²⁺+I₂
硫氰化钾
Fe³⁺+ 3SCN⁻=Fe(SCN)3
碱
氨水
Fe³⁺+3NH₃·H₂O=Fe(OH)₃↓+3NH₄⁺,现象红褐
强碱
Fe²⁺+2OH⁻=Fe(OH)2↓
氢氧化钠
6NaOH+Fe₂(SO₄)₃+(x⁻3)H₂O==== Fe₂O₃.xH₂O↓ + 3Na₃SO₄
Fe₂O₃.xH₂O====2Fe(OH)₃+(x⁻3)H₂O
酸
Fe³⁺+3HCO₃⁻=Fe(OH)₃(胶体)+3CO₂↑
Fe²⁺
过氧化氢
酸性环境
H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O
碱性环境
H₂O₂+4OH⁻+2Fe²⁺=2Fe(OH)₃
氧气
酸性环境
4Fe²⁺ +O₂+4H⁺ =4Fe³⁺ +2H₂O
碱性环境
12Fe²⁺ +3O₂+6H₂O =4Fe(OH)₃ +8Fe³⁺
高锰酸钾
10Fe²⁺ + 2MnO₄⁻ + 16H⁺ = 10Fe³⁺ + 2Mn²⁺ + 8H₂O
碳酸氢根离子
Fe²⁺+2HCO₃⁻=Fe(OH)₂↓+2CO₂↑
硝酸
4Fe²⁺+ NO³⁻ + 4H⁺ = 4Fe³⁺ + NO↑ + 2H₂O
次氯酸根
酸性
ClO⁻+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+Cl⁻+2H₂O
碱性
Fe²⁺+ClO⁻+2OH⁻=Fe(OH)₃ +Cl⁻+H₂O
中性
6Fe²⁺ + 3ClO⁻ + 3H₂O === 2Fe(OH)₃ + 4Fe³⁺ + 3Cl⁻
溴水
2Fe²⁺+Br₂==2Fe³⁺+2Br⁻
氯水
2Fe²⁺ +Cl₂=2Fe³⁺ +2Cl⁻
还原性
锌
Fe²⁺ + Zn==Fe + Zn²⁺
一氧化碳
FeO+CO=Fe+CO₂
氢气
FeO+H₂ ==Fe+H₂O
碳
FeO+C==CO+Fe
亚硫酸根
Fe²⁺ + (SO₃)²⁻ == FeSO₃
铁氰化钾(赤血盐、赤血盐钾)
Fe
非金属单质
3Fe+2O₂=Fe₃O₄ (点燃)
Fe+I₂=FeI₂
Fe+S=FeS(加热)
2Fe+3Cl²⁺=2FeCl₃(点燃)
2Fe +3Br₂=2FeBr₃
金属阳离子
2Fe³⁺+ Cu = 2Fe²⁺ + Cu²⁺
2Fe³⁺ + Zn = 2Fe²⁺ + Zn²⁺
铁离子也可以跟少量比铁的还原性强但又不与水反应的金属(如 Mg A lZn)反应生成亚铁离子 2Fe³⁺ + Zn = 2Fe²⁺ + Zn²⁺ (Zn作为还原剂,可以把铁离子还原成亚铁离子) 如果这类金属过量,还会把亚铁离子进一步还原成单指铁
2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺
酸
非氧化性酸
Fe+2HCl=FeCl²⁺H₂↑
碳酸氢根
Fe²⁺ + 2HCO₃⁻=FeCO₃+H₂O+CO₂
氧化性酸
硝酸
稀硝酸
过量铁
少量铁
浓硝酸
钝化
4Fe+12HNO₃(浓)=2Fe₂O₃+12NO₂↑+6H₂O
加热
硝酸过量
铁过量
硫酸
浓硫酸
加热
常温
钝化
2Fe+3H₂SO₄(浓)=Fe₂O₃+3SO₂↑+3H₂O
稀硫酸
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑