无机合成和制备化学共44页

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陕西科技大学材料学院《无机合成》课件14无机合成软化学

陕西科技大学材料学院《无机合成》课件14无机合成软化学

方法:选择一些化合物如硝酸盐、碳酸盐、 草酸盐、氢氧化物、含氰配合物以及有机化合物 如柠檬酸等和所需的金属阳离子制成先驱物,在 这些先驱物中,反应物以所需要的化学计量存在 着,这种方法克服了制陶法中反应物间均匀混合 的问题,达到了原子或分子尺度的混合。 一般制陶法是直接用固体原料在高温下反应, 而先驱物法则是用原料通过化学反应制成先驱物, 然后焙烧即得产物。
过去对新材料的探索常常循着著名材 料学家罗伊(Roy)教授描述的路径进行, 总是材料技术带动材料科学的发展。 首先用某—合成方法(材料技术),在偶 然情况下制备出具有良好性能的材料; 然后,研究这种材料的结构与性能(材料 科学)。 目前,这种情况正在发生变化。
最典型的例子是半导体超晶格材料。它是首 先从理论上提出,然后用特定的材料技术(分子 束外延、金属有机化合物化学气相沉积等)制备 出来的。 随着材料科学,以及与之相关的固体物理学、 固体化学、计算机技术的发展,已经可以从理 论上预言具有特定结构与功能的材料体系。而 如何去实现的问题,即构造出预言的结构, “剪裁”出希望的性能,将成为今后材料科学 技术发展的制约因素。而软化学则为克服这一 制约因素提供了机会。
高温高压水热合成是一种重要的无机合成和晶体制 备方法。它利用作为反应介质的水在超临界状态的 性质和反应物质在高温高压水热条件下的特殊性质 进行合成反应。 高温高压下水热反应具有3个特征: ①使复杂离子间的反应加速; ②使水解反应加剧; ③使其氧化—还原电势发生明显变化。
水是离子反应的主要介质。 通常化学反应可分为离子反应和自由基反应 两大类。 在常温下即能瞬间完成的无机化合物复分解 反应和有机化合物爆炸反应是这两大类反应的 两个极端。 其他任何反应都可具有其间的某一性质。 在有机反应中,具有极性键的有机化合物, 其反应往往也具有某种程度的离子性。 因此,以水为介质,在密闭加压条件下加热 到沸点以上时,离子反应的速度自然会增大。 因此,在加压高温水热反应条件下,即使是 在常温下不溶于水的矿物或其他有机物的反应, 也能诱发离子反应或促进反应。 水解反应加剧的主要原因是水的电离常数随 水热反应温度的上升而增加。

陕西科技大学材料学院《无机合成》课件19无机合成-水热法

陕西科技大学材料学院《无机合成》课件19无机合成-水热法
无机合成与制备化学
主讲:曹丽云
2007.11 陕科大
第十九章
水热与溶剂热合成法
水热与溶剂热合成:是指在一定的温度 (100~1000‘C)和压强(1~100MPa)条件下利用溶液中 的物质化学反应所进行的合成, 水热合成反应是在 水溶液中进行,溶剂热合成是在非水有机溶剂热条件 下的合成。 水热合成化学侧重于研究水热合成条件下物质的反 应性,合成规律以及合成产物的结构与性质。 水热与溶剂热合成:可以合成水晶单晶等无机晶体 材料和沸石分子筛等介孔材料;模拟出在水热条件下 的海底世界,以期对生命分子从简单到复杂的进化过 程给以理论上的说明和研究探索。

六、脱水反应 :在一定温度一定压力下物质脱水结晶 的反应。 例如:
七、分解反应 :在水热与溶剂热条件下分解化合物 得到结晶的反应。 例如:
八、提取反应 :在水热与溶剂热条件下从化合物(或矿物) 中提取金属的反应。 例如:钾矿石中钾的水热提取,重灰石中钨 的水热提取。 九、氧化反应 :金属和高温高压的纯水、水溶液、有机 溶剂得到新氧化物、配合物、金属有机化 合物的反应。超临界有机物种的全氧化反 应。 例如:
六、等静压内加热高压容器 内热外压式容器:是将加热电炉和试样都装 在高压容器之内,同时由外部高压系统向容器腔 内供给流体压强。 这种容器的特点是:内腔较大,实验的温度 和压强较外热力容器更高一些。 最早的内热压强容器装置于1923年由亚当斯 设计的,戈朗松1931年加以修改,并用它进行 硅酸盐溶解度的实验。 这种装置传递压强的流体必须不造成电炉的 炉丝短路,因此水热实验需进行焊封金属管技术。
(5)按加热条件 分类为外热高压釜,在釜体外部加热;内热 高压釜,在釜体内部安装加热电炉。 (6)按实验体系 分类为高压釜,用于封闭系统的实验;流动 反应器和扩散反应器,用于开放系统的实验。 能在高温高压下,使溶液缓慢地连续通过反 应器。可随时提取反应液。

6无机合成与制备化学打印

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第六章 无机材料的高压 合成与制备
第1节 引 言
高压作为一种典型的极端物理条件 能够有效地改变物质的原于间距和原子壳层状态 被用作一种原子间距调制、信息探针和其它特殊
的应用手段 帮助人们从更深的层次去了解常压条件下的物理
现象和性质 发现只在高压环境才能出现的新现象、新规律、
新物质、新性能、新材料
通常需要高压手段进行合成的有以下几种情况: 在大气压(0.1 MPa)条件下不能生长出满意的晶体; 要求有特殊的晶型结构; 晶体生长需要有高的蒸气压; 生长或合成的物质在大气压下或在熔点以下会发生分解; 在常压条件下不能发生化学反应而只有在高压条件下才能
发生化学反应; 要求有某些高压条件下才能出现的高价态(或低价态)以及其
2.高温的测量
在静高压装置高压腔内试样温度的测量中,最常用的方 法,是热电偶直接量浚法。因为是在高压作用下的热电偶高 温测量,技术上有较大的难度,如果积累一定的经验,可以 获 得 较 高 的 测 试 成 功 率 和 精 确 度 。 常 用 的 热 电 偶 有 Pt30 % Rh—Pt6%Rh,Pt—Pt10%Rh,以及镍铬—镍铝热电偶。其 中双铂铭热电偶的热和化学稳定性很好,对周围有很强的抗 污染能力,其热电动势对压力的修正值很小,可适用于 2000K范围的高压下的高温测量。
4. 2 柯石英和斯石英的合成
另一个典型的高压高温多型相转变的例子,是 1953年Coes L以α-SiO2为原料在矿化剂的参与下, 利用3.5 GPa、2050 K、15 h的高压高温条件,使它 转变成具有更高密度的柯石英(Coesite)。以后 Stishov等人又使柯石英在16.0 GPa和1500~1700 K 的条件下转变成密度更高的斯石英(Stishovite)。

第二讲 无机材料的制备化学ppt课件

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➢ 固体反应的过程 (MgO + Al2O3 → MgAl2O4)
MgO/MgAl2O4界面:
MgO
4MgO + 2Al3+ - 3Mg2+
→ MgAl2O4
反应起始界面
MgAl2O4/Al2O3界面:
Al2O3
4Al2O3 + 3 Mg2+ - 2Al3+
MgAl2O4产物层 → 3MgAl2O4
晶体 (Crystals)
完美晶体(Perfect crystals) [原子在 三维空间排列无限 延伸有序, 并有 严格周期性]
缺陷晶体 (Defect crystals) [固体中 原子排列有易位、 错位以及本体组成 以外的杂质]
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固体原料混合物以固体形式直接反应过程是制 备多晶固体(即粉末)最为广泛应用的方法。固体 混合物在室温下经历一段时间,并没有可觉察的反 应发生。为使反应以显著速度发生,通常必须将它 们加热至甚高温度,一般在1000 ~ 1500℃。 热力学和动力学两种因素在固体反应中都极为 重要:热力学通过考察一个特定反应的自由能来判 断该反应能否发生,动力学因素则决定反应进行的 速率。
过程分析 MgO和Al2O3两种晶体反应是相互紧密接触,共享一个公用
面,即产物先在界面生成,存在尖晶石晶核的生长困难,还有产物随之
进行扩散的困难。上图给出氧化镁和氧化铝反应生成尖晶石过程的示意
图。由图可见,当MgO和Al2O3两种晶体加热后,在接触面上局部生成一 层MgAl2O4。
反应的第一阶段是生成MgAl2O4晶核,晶核的生成是比较困难的, 这是因为:首先,反应物和产物的结构有明显的差异,其次是生成物涉

无机合成化学 合成方法PPT课件

无机合成化学     合成方法PPT课件
-111.6 -126.3 -130 -160.5 -183
液化气体的贮存和转移
实验室中少量的液氮、液氧: 贮存液化气体的容器,根据体积的大小和用途的
不同,一般有杜瓦瓶、贮槽(贮罐)、槽车和槽船 等。
液化气体贮槽由贮存液化气体的内容器、外壳体 、绝热结构以及连接内、外壳体的机械构件组成。 除此之外,贮槽上通常还设有测量压力、温度、液 面的仪表,液、气排注和回收系统,以及安全措施 等。
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工业应用实例 --- 氢还原法制钨
此炉加热区长1.5~2M, 通过设计加热线圈使管内温度沿管
均匀地上升至800~900 ℃,管的一端装有冷凝器。
操作注意:
氢气要纯、钨粉的粒度要合适、还原温度要合适
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氢还原法制钨大致可分为三个阶段: (1) 2WO3+H2===W2O5+H2O (2) W2O5+H2====2WO2+H2O (3) WO2+2H2====W+2H2O
Al、In、Tl、稀土、Ge、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mn、Fe、 Co、Ni等
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①还原剂的选择依据
当两种以上金属可以作还原剂时 • 还原力强 • 不能和被还原的金属生成合金 • 可以制得高纯度的金属 • 副产物容易分离 • 成本低廉
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常用还原剂及其还原能力
②助熔剂
• 作用有两个:改变反应热,二是使熔渣易与被还原的金属分离; • 用Ca、Mg、Al还原氧化物时,生成的氧化物很难熔,一般要加入氟化物
作为助熔剂。
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③ 一种重要的还原剂-铝热还原 • 还原氧化物时一般采用廉价的Al作为还原剂,缺点是形成合金,一般采用调节反应物混合比的方法,尽量 使铝不残留在生成金属中。 • 硅也作还原剂,挥发小,可用在能蒸馏法或升华法提纯的金属上。

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4.1 水热-溶剂热合成
采用PP管及配件:根据给水设计图配 置好PP管及配 件,用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ,边剪 边旋转 ,以保 证切口 面的圆 度,保 持熔接 部位干 净无污 物
4.1.1
概念与实例
⑴ 概念
水热-溶剂热合成是指温度为100~1000 ℃、压力为 1MPa~1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行 的合成。在亚临界和超临界水热-溶剂热条件下,由于反应 处于分子水平,反应性提高,因而水热-溶剂热反应可以说扩 充了高温固相反应。又由于水热-溶剂热反应的均相成核 及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以 创造出其他方法无法制备的新化合物和新材料。
采用PP管及配件:根据给水设计图配 置好PP管及配 件,用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ,边剪 边旋转 ,以保 证切口 面的圆 度,保 持熔接 部位干 净无污 物
本章将系统而简洁地介绍水热溶剂热合成、无水无氧合成和电解 合成三种合成方法,以及它们的一 些重要应用。
采用PP管及配件:根据给水设计图配 置好PP管及配 件,用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ,边剪 边旋转 ,以保 证切口 面的圆 度,保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件:根据给水设计图配 置好PP管及配 件,用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ,边剪 边旋转 ,以保 证切口 面的圆 度,保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件:根据给水设计图配 置好PP管及配 件,用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ,边剪 边旋转 ,以保 证切口 面的圆 度,保 持熔接 部位干 净无污 物
Nd2O3 + H3PO4 → NdP5O14 CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca(PO4)3OH + AlPO4 La2O3 + Fe2O3 + SrCl2 → (La, Sr)FeO3 FeTiO3 + KOH → K2O·nTiO2 (n = 4, 6)

无机材料合成与制备课件

无机材料合成与制备课件
实验步骤 1. 准备试剂和仪器,如硅酸乙酯、乙醇、氨水、烘箱、玻璃基板等。
2. 将硅酸乙酯、乙醇和氨水按一定比例混合,搅拌均匀。
实验一:溶胶-凝胶法制备二氧化硅薄膜
3. 将混合液滴加到玻 璃基板上,放入烘箱 中加热至一定温度。
5. 观察和测试二氧化 硅薄膜的形貌和性能 。
4. 取出玻璃基板,用 去离子水冲洗,晾干 后进行热处理。
无机材料合成与制备课件
• 无机材料概述 • 无机材料合成方法 • 无机材料制备技术 • 无机材料合成与制备的研究进展 • 无机材料合成与制备的前景与挑战 • 无机材料合成与制备实验课程设计
01
无机材料概述
无机材料的定义与分类
无机材料定义
无机材料是指不含碳元素的化合物或 单质,主要由无机化合物组成的一类 材料。
实验二:化学气相沉积法制备氮化硅薄膜
01 实验步骤
02
1. 准备试剂和仪器,如硅烷、氨气、氢气、氮气、反
应腔等。
03
2. 将反应气体按一定比例通入反应腔中,加热至一定
温度。
实验二:化学气相沉积法制备氮化硅薄膜
3. 保持反应一定时间,使反应 物在基材表面沉积形成薄膜。
4. 停止反应,取出基材,进行 后处理。
5. 观察和测试氮化硅薄膜的形 貌和性能。
实验三:物理气相沉积法制备钛合金薄膜
实验目的
通过物理气相沉积法合成钛合金薄膜,了解 物理气相沉积法的合成过程和原理,掌握钛 合金薄膜的制备技术。
实验原理
物理气相沉积法是一种常用的材料合成方法 ,通过将金属蒸发或溅射成原子或分子,在 基材表面沉积形成薄膜。钛合金薄膜具有高 强度、耐腐蚀等特性,常用于航空、化工等 领域。
05
无机材料合成与制备的前景与挑战

高考化学《无机物的制备》课件

高考化学《无机物的制备》课件

验装置如下图所示。
物质 颜色、状态 熔点/℃ 沸点/℃
已知:① SnCl2、SnCl4有关物理性质如表
SnCl2 无色晶体 246
652
② SnCl4极易和水反应生成SnO2·xH2O SnCl4 无色液体 -33
114
明确实验目的 确定实验原理 拆解实验装置
制备SnCl4
Sn + 2Cl2
SnCl4
验更简便。
感谢各位老师的聆听和指导
学反应的离子方程式 Cl2+2OH−=ClO−+Cl−+H2O , 采用冰水浴冷却的目的是避免生成NaClO3 。
(3)d的作用是吸收尾气,可选用试剂 AC (填 标号)。
A.Na2S C.Ca(OH)2
B.NaCl D.H2SO4
(4)反应结束后,取出b中试管,经冷却结晶, 过滤 ,少量(冷)水洗涤, 干燥,得到KClO3晶体。
为 饱和NaCl溶液 , 浓硫酸 , 浓硫酸 , NaOH溶液 。
【模拟题(节选)演练】
碳酸铈[Ce2(CO3)3]是制备稀土发光材料、汽车尾气净化催化剂的重要原 料。碳酸铈可由铈的氯化物和碳酸氢铵反应制备。甲同学利用下列装置
模拟制备Ce2(CO3)3:
已知:i.装置C中溶液为亚硫酸钠 溶液;
ii.Ce3+易被空气氧化成Ce4+。
(1)装置D中盛放稀盐酸的实验仪器名 称为____分__液__漏__斗______,
CeCl3溶液
装置C中溶液的作用是_防__止__空__气__中__的__氧__气__进__入__装__置__B_中__氧__化__C__e_3+_____。
(2)装置A中发生的化学反应方程式为___2_N__H_4_C_l_+_C_a_(_O__H_)_2_____C__a_C_l_2+_2_H__2_O_+_2_N__H_3_↑__。 (3)实验装置中有一处不合理,请针对不合理之处写出改进措施:_________________
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