谈何谈得氧化物
个性化教学辅导教案
学科：化学授课时间： 2014年
姓名年级初三性别教学课题
碳和碳的氧化物强化训练教学
目标
考点：二氧化碳制备原理以及注意事项，一氧化碳和二氧化碳的物理性质与化学性质的差异
重点
难点
二氧化碳的制备方法以及实验探究
课堂教学过程
第六单元碳和碳的氧化物知识点
1、碳的单质
（1）金刚石：①物理性质：金刚石是无色、透明的正八面体形状的固体，是天然存在的最硬物质，不导电，不导热，无润滑性。②用途：用于划玻璃、切割金属、钻探机钻头、制装饰品等。
（2）石墨：①物理性质：石墨是深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体，质软，导电性优良，导热性良好，有润滑性。②用途：用于电极、铅笔芯、润滑剂等。
（3）几种无定形碳的比较：
颜色、状态制法用途木炭
灰黑色的多孔性
固体
木材隔绝空气加强热
作燃料、冶炼金属、制黑火药、制
活性炭，有吸附作用活性炭
灰黑色的多孔颗
粒状固体
木炭在高温下用水蒸
气处理
净化多种气体和液体，作防毒面
具，有吸附作用
焦炭
浅灰色多孔性固
体
烟煤隔绝空气加强热冶炼金属
炭黑极细的黑色粉末含碳物质不完全燃烧
制造墨、油墨、油漆、鞋油、颜料
等，作橡胶制品的填料
（4）其他碳单质：①C
60
分子：是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，这种足球结构的碳分子很稳定。②碳纳米管：由碳原子构成的管状大分子。
2、碳的化学性质
（1）在常温下，具有稳定性。
（2）碳跟氧气反应：①在氧气充足的条件下，碳在氧气充分燃烧，生成二氧化碳，放出热量；②在氧气不充足的条件下，碳发生不充分燃烧，生成一氧化碳，放出热量。
（3）碳跟某些氧化物的反应（还原性）：
木炭还原氧化铜实验现象：导出的气体使澄清石灰水变浑浊；黑色粉末中有红色固体生成。
注意：①碳单质作还原剂一般需要大量的热，属于吸热反应，因此反应条件一般要写高温；②操作时注意试管口要略向下倾斜；③配置混合物时木炭粉应稍过量些，目的是防止已经还原的铜被氧气重新氧化。
（4）常见的反应：C + 2CuO 高温2Cu + CO
2
↑； C + CO
2
高温
2CO。
3、氧化－还原反应
有得失氧的反应叫做氧化-还原反应。得到氧的为还原剂，还原剂被氧化，发声氧化反应，得到的产物是氧化产物；失去（提供）氧的为氧化剂，氧化剂被还原，发声还原反应，得到的产物是还原产物；
4、实验室制取气体实验的设计思路与方法
（1）需要研究实验室制法的化学反应原理，就是要研究在实验室条件下（如常温、加热、加催化剂等），可用什么药品、通过什么反应来制取这种气体。
（2）需要研究制取这种气体所采用的实验装置。实验室里制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分。下面列出了确定气体发生装置和收集装置时应考虑的因素。
①气体发生装置：a．反应物的状态：固体与固体反应；固体与液体反应；液体与液体反应。b．反应条件：常温；加热；加催化剂等。
②气体收集装置：a．排空气法：密度比空气大用向上排空气法；密度比空气小用向下排空气法。b．排水法：不易溶于水、不与水发生反应时，可用排水法。
（3）二氧化碳和氧气制取实验及相关性质的比较
反应物状态反应条件气体密度与空气相比是否与水反应二氧化碳固体和液体无比空气大是
氧气固体加热比空气大否固体和液体无比空气大否
5、实验室制取二氧化碳
（1）反应药品：稀盐酸跟大理石或石灰石（主要成分是碳酸钙）反应。
（2）反应原理：CaCO
3＋2HCl＝CaCl
2
＋H
2
O＋CO
2
↑
（3）发生装置的选择：由于反应物是块状的大理石火石灰石与稀盐酸反应，且反应不需要加热，生成的二氧化碳能溶于水，因此二氧化碳的发生装置与实验室用双氧水制氧气的装置相似。一般情况下，由于制取二氧化碳时所需反应物的量较多，常用大试管、锥形瓶、广口瓶、平底烧瓶。
（4）收集装置的选择：收集二氧化碳可根据它的性质去考虑：因为二氧化碳溶于水，并且部分与水反应生成碳酸，故不用排水法。又因为二氧化碳的密度比空气大，故可用向上排空气法收集。
（5）实验步骤：①检查装置的气密性；②装块状药品大理石或石灰石；③塞紧双空胶塞；④由长颈漏斗加液体；⑤收集气体。
（6）注意事项：①长颈漏斗的下端管口应插入液面以下形成液封，防止生成的气体从长颈漏斗逸散；②反应器内的导管稍露出胶塞即可，不宜太长，否则不利于气体导出；③不加热；④集气瓶内的导管应伸入到接近集气瓶底部，以利于排净空气。
（7）验满、检验及净化：①验满：把燃着的木条放在集气瓶口，如果火焰熄灭，证明瓶内已充满二氧化碳。②检验：把气体通入澄清的石灰水中，如果石灰水变浑浊，证明是二氧化碳气体。③净化：若制取二氧化碳中混有少量的氯化氢气体和水蒸气时，可先将气体通过盛有碳酸氢钠容液的洗气瓶（除去氯化氢气体），再通过盛有浓硫酸的洗气瓶（除去水蒸气并进行干燥）。
6、二氧化碳的工业制法：
（1）原理：高温煅烧石灰石，产生生石灰，副产品是二氧化碳。
（2）化学方程式：CaCO
3 CaO＋CO
2
↑
7、二氧化碳的性质：①物理性质：一般情况下,二氧化碳是一种无色无味的气体,沸点为-78.5℃,密度比空气大,能溶于水。②化学性质：二氧化碳不能燃烧，一般情况下也不支持燃烧，不能供给呼吸，二氧化碳与水反应能生成碳酸，能使澄清的石灰水变浑浊。
8、二氧化碳的用途及对环境的影响：
（1）灭火：因为二氧化碳不能燃烧又不支持燃烧，同时二氧化碳的密度又比空气大，因
高温
此常用二氧化碳灭火。
（2）干冰：固态的二氧化碳叫干冰，可用作制冷剂和人工降雨。
（3）绿色植物的光合作用：作气体肥料，可以提高农作物的产量。
（4）温室效应：①大气中的二氧化碳能像温室的玻璃或塑料薄膜那样，使地面吸收太阳光的热量不易散失，从而使全球变暖，这种现象叫“温室效应”。②导致温室效应的气体主要是二氧化碳，其余的还有臭氧、甲烷、氟氯代烷等。③温室效应会使两极冰川融化，海平面上升，淹没部分沿海城市，会使土地沙漠化加快，农业减产。④防止温室效应的措施有：减少使用煤、石油、天然气等化石燃料；更多的利用太阳能、风能、水能等清洁能源；大力植树造林，严禁乱砍滥伐。
9、一氧化碳的性质及用途：
（1）物理性质：通常情况下，是一种无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小。（2）化学性质：一氧化碳具有可燃性，点燃后与氧发生反应生成二氧化碳；一氧化碳具有毒性，煤气中毒就是一氧化碳引起的；一氧化碳具有还原性。
（3）用途：①用作气体燃料；②冶炼金属。
中考专项训练：
1.（2013?南宁）在公共场所，利用“活性炭+超滤膜+紫外线”组合工艺可获得直饮水，其中活性炭的主要作用是（）
A．还原B．导电C．吸附D．消毒
2.（2010?宁夏）下列物质的性质与所对应的用途没有关系的是（）
A．氧气助燃--焊接金属
B．稀有气体的性质稳定--作保护气
C．石墨导电--可作电极
D．二氧化碳能与水反应--人工降雨
3.．（2008?益阳）寻找知识的特殊点，是掌握知识的重要方法．你判断下列“特殊点”的叙述正确的是（）
A．空气中含量最多的物质是氧气
B．最轻的气体是氮气
C．地壳中含量最多的元素是铝元素
D．天然存在的最硬的物质是金刚石
4.下列各选项中，解释与事实不吻合的是（）
选项事实解释
液氧和氧气都能使带火星的木
A
同种分子的化学性质相同
条复燃
酒精分子的体积受热变大，遇冷
B 酒精做温度计的填充物
变小
C 金刚石很坚硬，而石墨却很软碳原子的排列不同
D 食物变质分子本身发生了变化
A．A B．B C．C D．D 5.下图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管结构示意图，下列说法正确的是（）
A．这四种物质的质地都很软
B．这四种物质碳原子的排列方式相同
C．这四种物质都可作润滑剂
D．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2
6.（2013?安徽模拟）下列物质用途的说法错误的是（）
A．二氧化碳作植物光合作用的原料
B．氮气做焊接金属的保护气
C．石墨可作铅笔芯
D．氧气用作燃料
7.下列是小华同学对所学知识的整理，完全正确的是（）
A．物质在微观上都是由粒子构成的，如
铁--分子
氮气--原子
氯化钠--离子
B．气体的性质决定了收集方法，如：
O2不易溶于水--只能用排水法收集
CO2密度比空气大--用向下排气法收集
CO难溶于水--能用排水法收集
C．物质的性质决定了它的用途，如：
金刚石坚硬--用于划玻璃
活性炭有吸附性--用于防毒面具
石墨具有导电性--用于电池的电极
D．物质因组成结构差异，性质发生变化，如：
H2O与H2O2---元素组成不同
金刚石与石墨--原子排列不同
红磷和白磷--原子个数不同
8．（2012?吉林）下列实验方案的设计中，可行的是（）
A．用NaOH溶液除去CO2中的CO气体
B．为检验CaO中是否含有Ca（OH）2，可将其加水后滴加酚酞溶液
C．用稀H2SO4可鉴别NaCl、NaOH、K2CO3、BaCl2四种白色固体
D．为除去炭粉中的CuO，可将其在空气中灼烧
9.（2009?兰州）金刚石、石墨、木炭和C60都是由碳元素组成的单质，下列关于碳的单质的叙述正确的是（）
A．都是黑色固体
B．在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳
C．碳原子的排列方式相同
D．一定条件下，石墨转化成金刚石是物理变化
10.下列说法中，正确的是（）
A．碳元素形成的单质都是黑色的
B．碳的化学性质很活泼
C．金刚石、石墨和C60的化学性质相似
D．碳具有可燃性，碳燃烧时总是生成二氧化碳
11下列除杂方法正确的是（）
A．除去CO中混有的CO2：通过灼热的炭层
B．除去CO2中混有的CO：在氧气中点燃
C．除去Cu中的CuO：加入碳粉并高温
D．除去CuO粉末中的碳粉：空气中灼烧
12将两份等质量的木炭，一份与足量的氧气完全反应生成二氧化碳M g，另一份先与不足量的氧气反应生成一氧化碳，然后再使其完全燃烧生成二氧化碳N g，则 M与N的关系正确的是（）
A．M=N B．M＞N C．M＜N D．无法确定
13．（2012?许昌一模）如图所示的甲、乙两个装置中，胶头滴管中吸入某种液体，平底烧瓶中充入（或放入）另一种物质，挤压胶头滴管加入液体，一段时间后两装置中的气球都明显胀大．则滴管和烧瓶中所用试剂可能是（）
A．甲：稀硫酸和铜片乙：水和CO
B．甲：双氧水和二氧化锰乙：NaOH溶液和CO2
C．甲：NaOH溶液和CO2 乙：NaOH溶液和H2
D．甲：H2O和NH3 乙：稀盐酸和大理石
14．根据图来回答：经数小时后，U型管A，B两处的液面会出现下列哪种情况（假设：①实验装置足以维持实验过程中小白鼠的生命活动；②瓶口密封且忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响；③NaOH溶液可完全吸收二氧化碳气体）（）
A．A处上升，B处下降B．A，B两处都下降
C．A处下降B处上升D．A，B两处都不变
15如图是三瓶无色气体，下列关于它们的一些说法中完全正确的是（）
A．从第③个集气瓶瓶口向下放置，可判断瓶③存放的一定是H2
B．将一燃着的木条伸入集气瓶①，如果发现木条熄灭，那证明集气瓶①中肯定装的是CO2
C．如果向集气瓶②中，倒入澄清的石灰水，发现石灰水变浑浊，可判断瓶②中装的很可能是CO2 D．向瓶②中加入少量紫色石蕊溶液，若石蕊溶液变为红色，说明瓶②存放的一定是CO2
16．（2006?都匀市）下列实验操作正确的是（）
A．
制取二氧化碳B．
称量白磷燃烧前后质量
C．
倾倒液体D．过滤
17（2011?黄浦区一模）实验室制取二氧化碳分为如下五步：①检查装置的气密性②按要求装配好仪器③向长颈漏斗中注入稀盐酸④向锥形瓶中放入小块的石灰石⑤收集气体．其正确的操作顺序是（）A．②①④③⑤B．①②③④⑤C．②①③④⑤D．②③④①⑤
18．为验证人体呼出气体中含有的CO2不是来自空气，而是人体代谢作用产生的．某学校学生课外活动小组设计了如右图所示装置，你认为该装置应选用的试剂是（）
A．瓶ⅠCa（OH）2瓶ⅡNaOH
B．瓶ⅠNaOH 瓶ⅡCa（OH）2
C．瓶Ⅰ稀HCl 瓶ⅡCa（OH）2
D．瓶ⅠNaOH 瓶ⅡBaCl2
19（2010?杨浦区二模）四位同学根据提供的实验仪器分别设计了下列四套制取和收集二氧化碳的装置他们对设计的装置相互进行了交流评价．其中能够使反应随时停止和发生的装置是（）
A．B．
D．
C．
20．（2009?虹口区一模）如图是实验室常用的一个装置，下列说法中正确的是（）
A．M中盛放稀硫酸，N中盛放块状大理石，可以制取二氧化碳
B．M中盛放水，N中盛放二氧化锰，可以制取氧气
C．该装置可以随时控制反应的发生和停止，其原理与启普发生器完全相同
D．N中储满气体后，通过M将水注入N，可将气体排出，该气体不可能是二氧化碳
21下列实验操作中的先后顺序正确的是（）（选填合理选项的字母序号，答案并非唯一）．A．加热木炭和氧化铜的混合物检验气体产物，结束时先将导管从石灰水中移出，再熄灭酒精灯B．硫、红磷、铁丝在氧气中燃烧时，先往瓶中装适量的水，后引燃可燃物
C．实验室制二氧化碳时．先向锥形瓶内添加石灰石，再向长颈漏斗内注入适量稀盐酸
D．制取氧气时，先将导管伸入倒置于水槽中的集气瓶口．再加热盛氯酸钾和二氧化锰的试管
22．已知氢氧化钠溶液可用于吸收二氧化碳，澄清石灰水可用于检验二氧化碳，水中溶解的二氧化碳可忽略不计．人在呼吸过程中，通常是吸入空气，排出二氧化碳等气体．为了证明人呼出的气体中含有二氧化碳且二氧化碳不是来自于空气，某课外小组设计了如右图所示的实验装置．为了除去空气中的二氧化碳气体和检验人呼出气体中含有的二氧化碳，锥形瓶I、Ⅱ中加入的试剂为（）
A．瓶I水，瓶Ⅱ氢氧化钠溶液
B．瓶I氢氧化钠溶液，瓶Ⅱ澄清石灰水
C．瓶I水，瓶Ⅱ澄清石灰水
D．瓶I澄清石灰水，瓶Ⅱ氢氧化钠溶液
23（2010?镇江一模）实验表明，不能用块状大理石与稀硫酸反应制取二氧化碳，而能用大理石粉末与稀硫酸反应制取二氧化碳．由此得出的合理结论是（）
A．能发生反应的物质之间是否发生反应，与反应的条件有关
B．反应物之间接触面积越大，越有利于反应的进行
C．块状大理石与粉末状大理石的化学性质不同
D．块装大理石与大理石粉末中各元素原子间电子的结合状况不同
24．烧杯中分别盛两种溶质不同的无色溶液，小木块上各有一支燃着的蜡烛，向甲烧杯撒入白色粉末X后，发现烧杯中蜡烛会熄灭，向乙烧杯中撒入黑色粉末Y后，则发现烧杯中蜡烛燃烧更旺．根据所学知识推测，X、Y分别是（）
A．X：Al（OH）3 Y：C B．X：Mg Y：CuO
C．X：Na2CO3 Y：MnO2D．X：CaCO3 Y：Fe
25．对下列实验中出现的异常现象分析合理的是（）
A．制取CO2气体时，始终收集不到CO2--收集CO2的集气瓶没盖严
B．验证空气中氧气含量时．进入集气瓶中的水少于1/5-红磷过量
C．细铁丝在氧气中燃烧时，集气瓶底炸裂--用于引燃的火柴过长
D．点燃氢气时，发生爆炸--点燃前可能没有检验氢气的纯度
26．（2011?衡水模拟）如图是某同学设计的冶炼铁的实验装置，下列有关说法中正确的是（）
A．该实验开始时应先通CO一段时间，再加热
B．该反应属于置换反应
C．该实验设计合理，没有任何缺陷
D．该反应与CO还原CuO的反应原理、装置完全相同
27（2010?徐州）下图装置可以探究二氧化碳的制取和性质．关于该实验的叙述正确的是（）A．浸有紫色石蕊试液的棉花会变蓝
B．粗铜丝能控制反应的发生和停止
C．产生的二氧化碳可用生石灰干燥
D．能验证二氧化碳的密度比空气大
28．下列实验操作先后顺序正确的是（）
A．稀释浓硫酸时，先把浓硫酸倒入烧杯中，然后再把水缓慢注入其中
B．制二氧化碳时，先将稀盐酸倒入大试管中，然后再小心地加入石灰石
C．一氧化碳还原氧化铜实验结束时，先停止加热，继续通一氧化碳至试管冷却
D．实验室制氧气结束时，先停止加热，再将导管从水槽中拿出
29．（2012?历城区二模）下列实验操作中，不符合操作规范的是（）
A．给试管中的液体加热时，不能朝着有人的方向
B．使用湿润的红色石蕊试纸检验NH3
C．实验室制取二氧化碳气体时，应先检查装置的气密性，然后加药品
D．浓硫酸不慎粘到皮肤上，应用大量水冲洗，然后再涂上3%～5%的氢氧化钠溶液
30（2012?淮安）今年3月22日是第二十个“世界水日”，它的主题是“水与粮食安全”．关于水的知识有下列问题，请按要求填空：
（1）有关水的组成和结构的叙述中，正确的是（填字母）；
A．水中氢、氧元素的质量比为2：1
B．水是由水分子构成的
C．水分子是由氢分子和氧原子构成的
（2）注意饮水安全，保证人体健康，在天然水净化过程中，人们常用活性炭去除异味和色素，这事利用活性炭的
．此外还需加入二氧化氯（ClO2）进行杀菌和消毒，在二氧化氯（ClO2）中氯元素的化合价为
；
（3）在TiO2作催化剂和光照条件下，水能分解成氢气和氧气，写出该反应的化学方程式：
，在氢氧燃料电池中氢气和氧气反应又可以生成水，此过程中能量转化的形式是化学能转化为
31．（2007?龙岩）如图A、B分别表示金刚石和石墨的结构模型（图中小黑点均代表碳原子）．
（1）金刚石属于（填“单质”或“化合物”），判断的依据是
（2）下表为金刚石和石墨的部分性质：
物质硬度导热性导电性
金刚石很硬很差几乎不导电
石墨很软良好能导电
①切割玻璃的玻璃刀应该选用
（填“金刚石”或“石墨”）做材料．
②根据金刚石和石墨的结构和性质推断，下述观点不正确的是
（填字母）．
A．不同物质具有不同的结构
B．不同物质的组成元素一定不同
C．不同物质具有不同的性质
D．物质的结构决定了物质的性质．
NaOH（或KOH或NH3．H2O）
32．（2009?岳阳）物质的性质在很大程度上决定物质的用途．请从①浓硫酸②氮气③活性炭④大理石等四种物质中，选择适当的序号填空：
（1）焊接金属时常用作保护气的是（2）在防毒面罩里用来吸附毒气的是（3）实验室常用来做干燥剂的是（4）常用来做建筑材料的是
33（2011?杭州）某学校科学兴趣小组想设计一个实验，来模拟研究CO2：浓度增加是否增大地球“温室效应”．他们查阅了有关数据：
CO2空气
25℃，1标准大气压气体的
比热0.684千焦/（千克
?℃）
0.72千焦/（千克
?℃）
0℃，1标准大气压气体的密
度
1.96克/升 1.29克/升
并设计了下面的实验和操作步骤：
Ⅰ、在两只同样的玻璃瓶里分别充满CO2和空气，并编号为甲、乙，塞紧带有同样温度计的橡皮塞．再把两只玻璃瓶放在阳光下照射（如图），观察甲、乙瓶中的温度变化．
Ⅱ、阳光持续照射，间隔一定时间测量两玻璃瓶温度值，并记录
（见下表）
时刻9：23 9：28 9：33 9：38 9：43 9：48 9：53 9：58 10：06 10：11 10：25
甲瓶温度
/℃
13.0 19.8 23.5 26.0 26.4 27.0 27.5 27.8 28.0 28.0 28.1
乙瓶温度
/℃
13.0 19.0 22.8 25.0 26.0 26.5 27.0 27.4 27.9 28.0 28.1
请回答下列问题：
（1）写出实验室制取CO2的化学方程式
．
（2）往瓶中充CO2时，验证瓶中已充满了CO2的方法是
．
（3）该实验中，照射同样时间，根据上表的数据，比较甲、乙瓶温度变化的规律是
．
（4）该实验中，在阳光照射下，影响甲、乙瓶温度不同的原因，除了CO2的温室效应以外，还
有的可能原因是（写出一点即可）
（5）有同学认为根据该模拟实验的目的，实验设计存在问题，你认为是（写出一点即可）
．
34．（2010?镇江）下列为实验室常用的实验装置，回答问题：
（1）写出带有标号仪器的名称：①
；②
．
（2）用锌和稀硫酸制取氢气，应选用的发生装置是
（填序号，下同），收集装置是
．
（3）实验室常用稀盐酸和石灰石反应制CO2，该反应的化学方程式
；
此外，也可用加热碳酸氢钠（NaHCO3）固体（产物为碳酸钠、二氧化碳、水）来制取CO2，该反应的
化学方程式
，若用此法来制取CO2，应选用的发生装置为
，收集装置为
．
（4）右下图所示装置可用来测量生成的CO2的体积，其中在水面上放一层植物油的目的是
，植物油上方原有的空气对实验结果（填“有”或“无”）明显影响．
35（2009?南宁）呼吸面具中常用的供氧剂是过氧化钠（化学式为Na2O2），它与人呼出的CO2能反应产生氧气，反应的化学方程式为2Na2O2+2CO2═Na2CO3+O2．过氧化钠还能与盐酸、水等物质发生反应产生氧气．为了验证Na2O2能和CO2反应产生氧气，某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的实验．
（1）写出有标号仪器的名称：a
，b
．
（2）实验室用石灰石和稀盐酸反应制取CO2的化学方程式是
，装置A可选用下面提供的
（填序号）装置．
（3）连接好实验装置后，应先再装入药品．
（4）装置B中盛放的饱和NaHCO3溶液的作用是
（5）为了吸收未反应的CO2，装置D中应盛放的试剂是
反应的化学方程式为：
（6）装置E中收集气体的方法是
为了验证收集到的气体是氧气，仪器a中收集满气体后接下来的实验操作是
．
（7）通过以上实验能否确定收集到的O2是由Na2O2与CO2反应生成的？
（填“能”或“不能”）．若能，请简述理由；若不能请提出你对实验的改进意见：
0 老
师
课
后
赏
识
评
价
金属氧化物催化剂
金属氧化物催化剂及其催化作用金属氧化物催化剂通常为复合氧化物（complex oxides),即多组分的氧化物。如V O -MoO , TiO -V 2O 5-P 2O 5,V 2O 5-MoO 3-Al 2O 3。组分中至少有一个组分是过渡金属氧化物。组分与组分之间可能相互作用，作用的情况因条件而异。复合氧化物系通常是多相共存，如MoO 3-Al 2O 3，就有α-、β-、复杂，有固溶体、有杂多酸、有混晶等。 就催化作用与功能来说，有的组分是主催化剂，有的组分为助催化剂或者是载体。
金属氧化物催化作用机制-1 z半导体的能带结构 z催化中重要的是非化学计量的半导体，有n型和p型两大类。非计量的化合物ZnO是典型的n型半导体（存在自由电子而产生导电行为）。NiO是典型的p型半导体，由于缺正离子造成非计量性，形成氧离子空穴，温度升高时，此空穴变成自由空穴，可在固体表面迁移，成为NiO导电的来源。 z Fermi能级E f是表征半导体性质的一个重要物理量，可以衡量固体中电子逸出的难易，它与电子的逸出功?直接相关。?是将一个电子从固体内部拉到外部变成自由电子所需的能量，此能量用以克服电子的平均位能，Fermi能级E 就是这种平均位能。 f z对于给定的晶格结构，Fermi能级E f的位置对于其催化活性具有重 O分解催化反应。 要意义。如N x z XPS研究固体催化剂中元素能级变化
金属氧化物催化作用机制-2 z氧化物表面的M=O键性质与催化活性的关联 z晶格氧（O=）的催化作用：对于金属氧化物催化剂表面发生氧化反应时，作为氧化剂的氧存在吸附氧与晶格氧两种形态。晶格氧由于氧化物结构产生。选择性氧化（Selective Oxidation)是固体氧化物催化剂应用主要方向之一。在选择性氧化中，存在典型的还原-氧化催化循环（Redox mechanism)）。这里晶格氧直接参与了选择性氧化反应。 z根据众多的复合氧化物催化氧化可以概括出：1 选择性氧化涉及有效的晶格氧；2 无选择性完全氧化反应，吸附氧和晶格氧都参加了反应；3 对于有两种不同阳离子参与的复合氧化物催化剂，一种阳离子M+承担对烃分子的活化与氧化功能，它们再氧化靠晶格氧O=；另一种金属氧化物阳离子处于还原态，承担接受气相氧。（双还原-氧化催化循环机理） （dual-redox) z举例：甲烷选择性氧化制备合成气、甲醇或甲醛 z CH4+O2→CO+2H2-136 kcal/mol z CH4+O2→CH3OH -22 kcal/mol z CH4+O2→HCHO+H2O -70 kcal/mol z CH4+O2→CO2+2H2O -189 kcal/mol
金属氧化物场效应管
金属氧化物场效应管（MOSFET） 一、预备知识 1、数字电路：用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数 字电路。 2、场效应：直接通过空间和溶剂分子传递的电子效应。场效应是一种长距 离的极性相互作用,是作用距离超过两个C—C键长时的极性效应。 3、场效应管：场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场 效应管。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管，属于电压控制型半 导体器件。场效应管分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS 管）。 二、金属氧化物场效应管概念的提出 金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管，英文缩写为MOSFET （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET），是一种可以广泛应用于数字逻辑电路的场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道”的极性不同，可分为N沟道和P沟道，通常又称为N-MOSFET与P-MOSFET。其实物图如下。 （通过与手掌的对比不难看 出，MOSFET尺寸相当小）
三、MOSFET发展简史 MOSFET在1960年由贝尔实验室（Bell Lab.）的D. Kahng和 Martin Atalla首次实现成功，这种组件的操作原理和1947年萧克利（William Shockley）等人发明的双载子接面晶体管（Bipolar Junction Transistor, BJT）截然不同，且因为制造成本低廉与使用面积较小、高集成度的优势，在大型集成电路（Large-Scale Integrated Circuits, LSI）或是超大型集成电路（Very Large-Scale Integrated Circuits, VLSI）的领域里，近年来由于金氧半场效应晶体管组件的性能逐渐提升，除了传统上应用于诸如微处理器、单片机等数字信号处理的场合上，也有越来越多模拟信号处理的集成电路可以用金氧半场效应晶体管来实现过去数十年来，金氧半场效应晶体管的尺寸不断地变小。早期的集成电路金氧半场效应晶体管制程里，沟道长度约在几个微米的等级。但是到了今日的集成电路制程，这个参数已经缩小了几十倍甚至超过一百倍。2008年初，Intel开始以45纳米的技术来制造新一代的微处理器，实际的组件沟道长度可能比这个数字还小一些。至90年代末，金氧半场效应晶体管尺寸不断缩小，让集成电路的效能大大提升，而从历史的角度来看，这些技术上的突破和半导体制程的进步有着密不可分的关系。 四、MOSFET的基本结构及电路符号 以N沟道增强型MOS管为例，右图为该MOS 管的结构示意图。 在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，用光 刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用 金属铝引出两个电极，分别作漏极D和源极S。然 后在半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝 缘层，在漏源极间的绝缘层上再装上一个铝电极；作为 栅极。另外在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一 N沟道增强型MOS管结构示意图 个N沟道增强型MOS管。显然它的栅极与其它电极间 是绝缘的。 从右图中可以看出栅极G与漏极D及源极S是绝缘的，D与S之间有两个PN结。一般情况下，衬底与源极在内部连接在一起。 MOSFET电路符号 常用于MOSFET的电路符号有很多种变化，最常见的设计 是以一条直线代表通道，两条和通道垂直的线代表源极与漏极， 左方和通道平行而且较短的线代表栅极。如右图所示即为N沟增 强型金属氧化物场效应管的电路符号。有时也会将代表通道的直 线以破折线代替，以区分增强型MOSFET（enhancement mode MOSFET）或是耗尽型MOSFET（depletion mode MOSFET） N沟道增强型MOS管代表符号
介孔金属氧化物的研究进展
介孔金属氧化物的研究进展3 耿旺昌,吉志强,张秋禹 (西北工业大学理学院,西安710072) 摘要 作为一种非硅基介孔材料,介孔金属氧化物在工业催化、光电领域及太阳能电池等领域有着潜在的应用价值。从制备、分类、制备过程中面临的问题以及其应用领域等方面对近年来介孔金属氧化物的研究进展作了总结,指出目前介孔金属氧化物的研究中存在的主要难点是如何提高热稳定性、孔壁的结晶性及介孔的长程有序性。 关键词 介孔金属氧化物 热稳定性 孔壁结晶 R esearch Progress of Mesoporous Metal Oxides GEN G Wangchang ,J I Zhiqiang ,ZHAN G Qiuyu (School of Science ,Northwestern Polytechnical University ,Xi ’an 710072) Abstract As a kind of non 2siliceous mesoporous material ,mesoporous metal oxides have potential application in industrial catalysis ,photoelectronic ,solar cell and so on.In this article ,the synthesis method ,category ,the main difficulties existing in synthesis and the application area of mesoporous metal oxides are reviewed.It ′s pointed out that the main problem in mesoporous metal oxides research is how to improve the stability ,hole 2wall crystallization and long 2range order properties. K ey w ords mesoporous metal oxides ,thermal stability ,wall crystallization 3西北工业大学人才队伍建设科研启动经费(R0042) 耿旺昌:男,1981年生,讲师,博士,从事介孔材料的合成及组装应用 E 2mail :w.geng @https://www.wendangku.net/doc/0e17632605.html, 0 引言 由于介孔硅材料具有有序的孔道及很高的比表面积,其 发现[1]掀起了科学家研究介孔材料的一股热潮。过去10年,有关介孔硅材料的合成方法、结构形貌控制及合成机理方面的研究已经趋于成熟。然而,由于氧化硅的化学惰性,使硅基介孔材料在某些领域的应用受到限制,从而引发了科学家尝试合成非硅介孔材料的兴趣。在这些非硅体系中,介孔金属氧化物由于组分及价态的可变性以及晶体网络结构等一些特殊性质使其在催化、吸附、电磁、传感及太阳能电池等领域表现出潜在的应用价值[2-7]。近年来,各种单组分介孔金属氧化物如Co 3O 4、ZnO 、MgO 、NiO 、TiO 2、SnO 2、Cr 2O 3、 CeO 2[8-16]及双元介孔金属氧化物[17-22]先后被不同的合成方 法制备出来。然而,据作者所知,目前关于介孔金属氧化物研究的综述性文章还不太多[23,24]。因此,本文将从介孔金属氧化物的制备、分类、制备过程中面临的一些问题以及其相关应用领域等方面作一些总结,并展望了其以后的发展方向。 1 介孔金属氧化物的制备 模板法是20世纪90年代发展起来的一种前沿技术,也是近几年广泛用于制备纳米结构材料的一种非常有吸引力的合成方法。成国祥等[25]将模板法定义为通过“模板”与基质物种的相互作用而构筑具有“模板信息”基材的制备方法。模板法在介孔材料的制备中占有很重要的地位,也是制备介 孔金属氧化物最普遍的方法。根据使用模板的类型,一般来讲可分为软模板法和硬模板法。 1.1 软模板法 所谓软模板法是指利用表面活性剂或者特殊的有机聚合物等作为模板,在一定的溶剂体系中,通过无机前驱体与有机相之间的界面组装过程实现对介孔金属氧化物结构的剪裁。其中,表面活性剂一般包括阴离子型、阳离子型及非离子型3类。G.Q.L u 等[11]以SDS (十二烷基硫酸钠,阴离子型)为模板制备了介孔Ni (O H )2,并通过热处理获得了介孔NiO 。获得的介孔NiO B ET 比表面积达到477.7m 2/g 。 Shibata 等[26] 利用CTAB (十六烷基三甲基溴化铵,阳离子型)为模板制备了具有结晶孔壁的介孔TiO 2。K ondo 等[27]以非离子型表面活性剂P123为模板制备了介孔Mg 2Ta 复合氧化物。Bao 2Lian Su 等[28]以十六烷基吡啶及十二烷基硫酸盐以及中性的Brij56为模板制备了介孔氧化铁材料。根据有机2无机相之间相互作用力类型的不同,郭建维等[23]将软模板法分为3类:①电荷密度匹配途径,其中有机2无机相之间的作用力为静电吸引力;②配合物辅助模板途径,其中有机2无机相之间的相互作用为共价键作用;③中性模板剂途径,其中有机2无机相之间的相互作用为氢键作用。另外,反应体系中的溶剂可以分为水和非水2大体系[24]。 1.2 硬模板法 以表面活性剂为模板合成的介孔金属氧化物具有较大
金属氧化物超级电容器简介
金属氧化物超级电容器简介 超级电容器，是一种介于普通静电电容器与二次电池之间的新型储能元件。由于它具有比功率高、比容量大、成本低、循环寿命长、无记忆、充放电效率高，不需要维护和保养等优点，因此在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有广阔的应用前景。世界各国都给予了高度重视，并将其作为重点开发项目和战略研究进行研发。 超级电容器储能机理超级电容器按原理可分为双电层电容器和赝电容电容器。作为第一类导体的电极与第二类导体的电解质溶液接触时，充电时则在电极 / 溶液界面发生电子和离子或偶极子的定向排列，形成双电层电容。双电层电容器的电极通常为具有高比表面积的多孔炭材料，目前常用的炭材料有 :活性炭粉末、活性炭纤维、炭黑、碳气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、网络结构炭以及某些有机物的炭化产物。 赝电容，也称法拉第准电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱附或氧化，还原反应，产生和电极充电电位有关的电容。赝电容不仅在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面 积的情况下，贋电容可以是双电层电容量的10?100倍
金属氧化物超电容电极材料最新进展 对电极材料研究主要集中在各种活性炭材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料等。其中活性炭电极材料以产生的双电层为主，金属氧化物材料与导电聚合物材料以产生的贋电容为主，下面就介绍贋电容电极材料的研究进展情况。由于RuO2等活性物 质在电极/溶液界面法拉第反应所产生的 "准电容"要远大于活性炭材料表面的双层电容，有着广阔的研究前景，已经引起了不少研究者的重视。 1、超细微RuO2电极活性物质的制备与研究 超细微RuO 2电极活性物质以其优异的催化活性已经在卤碱工业中得到了广泛的应用，但利用其不同寻常的比容量作为电化学电容的活性物质仅仅是近几年的事情。T.R.JOW对这一活性 物质进行了系统的研究，他们使用溶胶凝胶方法制备了超细微 RuO 2颗粒，在175 C加热若干时间，然后制备成为电极进行测试，此种RuO 2电极活性物质具有优异的大电流充放电性能，其单电极比容量高达760F/g。JOW 认为制备含水的无定型的 RuO 2氧化物是加大材料电容量的关键，反应仅仅发生在氧化物电极表层。活性材料中加入大面积导电性碳黑后使材料的大电流放电性能有所改善，功率密度达到 100KW/Kg 。JOW制备的活性电极可在一52 C ?73 C的范围之内连续充放电 60 , 000次以上。JOW 等人给出的解释是 RuO 2 ?xH 2O由于是无定型态，电解液容易进入电极材料，由它
纳米金属氧化物的制备及应用研究的若干进展
纳米金属氧化物的制备及应用研究的若干进展 汪信陆路德 综述了氧化物及复合氧化物纳米晶的各种制备方法及特点，重点介绍了有机配合物前驱体法-聚乙二醇法、明胶法和硬脂酸法制备氧化物纳米晶的原理、特点以及在磁性材料、电磁波吸收材料、催化剂和塑料改性方面的若干应用。 关键词：纳米材料氧化物软化学 分类号：O611.12 Progress of Preparation and Applications of Metal Oxide Nanocrystallines WANG Xin LU Lu-De (Materials Chemistry Laboratory, Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094) The preparative methods of nanostructured metal oxides are reviewed. Particularly the principles and features of the organic coordination precursor methods, including polyethylene glycol, gelatin and stearic acid methods, are discussed. The oxide nanocrystals has been used as magnetic and microwave-absorbing materials, catalysts and strengthening fillers for modification of plastics. Keywords: nanostructured material oxide soft chemistry 一九七八年十月我们有幸作为文革后第一批研究生来到南京大学配位化学研究所学习。开学不久，戴安邦教授为全体研究生作了题为“无机化学的进展”的学术报告，把我们带入了内容极为丰富的科学领域。虽然我们离开南京大学已有多年，虽然戴先生今年已离我们而去，但他的学术思想、治学态度和为人品格无时无刻都在影响着我们，是我们进步的一种动力。十多年来我们一直把从南京大学学到的知识和理工科大学的教学、科研结合起来，取得了一些成果，下面主要介绍一些无机纳米材料的研究工作。 1 复合氧化物纳米晶的制备方法 传统的复合氧化物的制备通常是以固态的氧化物或金属碳酸盐为原料，球磨后经高温固相反应，再粉碎得到复合氧化物的粉体。由于是高温反应，不仅制备的产物粒径大、分布宽，而且某些组分易于挥发或发生偏析，这种方法一般不宜用来制备纳米氧化物。纳米复合氧化物的制备通常是采用软化学法，即通过反应原料的液相混合使各金属元素高度分散，从而可以在较低的反应温度和较温和的化学环境下制备纳米材料。采用的方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法、有机配合物前驱体法等。 1.1 共沉淀法 共沉淀法是液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒最早采用的方法。沉淀法成本较低，但有如下问题：沉淀物通常为胶状物，水洗、过滤较困难；沉淀剂作为杂质易混入；沉淀过程中各种成分可能发生偏析，水洗时部分沉淀物发生溶解。此外由于大量金属不容易发生沉淀反应，因此
氧化物表面与界面的新奇性质研究
氧化物表面与界面的新奇性质研究 杨芳郭建东 基于量子力学能带理论发明的晶体管奠定了整个现代电子工业的基础，引领人类进入信息时代。传统微电子工业的持续发展，依赖于器件功能单元的微型化和集成化，著名的摩尔定律描述了微电子产业的发展趋势。集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番；但是电子器件的尺寸趋近材料的某种量子特征长度时，整个器件将显现出崭新的激发、弛豫和输运等行为。比如当金属微粒的尺寸足够小时（与周围外界之间的电容小到10－16F的量级），一旦某个电子隧穿进入了金属微粒，它将阻止随后的第二个电子再进入同一金属微粒，因为这样的过程将导致系统总能量的增加，所以是不允许发生的。这就是库仑阻塞现象。库仑阻塞效应会使得颗粒状金属电阻随温度下降表现出反常的增加行为。因此，随着微电子产业的发展走近摩尔定律的量子极限，人们亟需发展新的电子器件概念。另一方面，人们对单个器件性能的要求也越来越高，期望开发出能够探测、响应、处理或者发射电学、光学、磁学等不同物理信号的全新器件。传统的半导体材料物理性质较为单一，显然无法满足这种要求。 过渡金属氧化物（Transition Metal Oxide, TMO），即含有过渡金属的氧化物，具有非常丰富的优异性质。钙钛矿型晶体结构是TMO材料的常见结构，也是多元TMO材料形成的最简单结构。钙钛矿材料理想配比的化学式可表示为ABO3，其中A和B为金属（至少B为过渡金属），O为氧；金属化合价的总和等于+6，即A与B的价态可为A2+/B4+或A3+/B3+等。钙钛矿结构基本单元是具有面心的立方结构，如图1所示，立方结构的顶角由A 离子占据，体心由B离子占据，六个面心则由O离子占据。这些氧离子形成氧八面体，B离子处于其体心。因此整个晶体还可以描述成由BO6八面体共顶点联接而成，八面体之间的空隙被A离子占据。沿单胞中的棱方向，钙钛矿晶体结构还可以视作由AO层和BO2层交替堆积构成。 TMO材料具有比锗、硅复杂得多的晶体结构， 图 1 ABO3晶体结构示意图。 上图标出立方单胞 其内部还可能存在晶格、电荷、自旋和轨道等多种自由度。譬如含有锰的氧化物La5/8－0.3Pr0.3Ca3/8MnO3中，正负电荷按照一定的方向有序排列（电荷有序），铜氧化物高温超导体中磁矩呈反平行有序排列（反铁磁有序）等。这些自由度之间存在很强的相互作用，使体系形成一系列能量相近的低能激发态甚至是相互竞争的基态，从而在外场、掺杂等的作用下呈现出丰富可控的物理性质，如铁电、铁磁、庞磁电阻和超导电性等。正是由于TMO材料具有这种复杂的功能特性，人们期望通过对其结构、成分等的设计，将电学、光学、磁学等完全不同物理性质的材料复合、集成在一起，实现对多种量子态的操纵和探测，从而开发出具有全新性能的新型材料和器件，为信息工业的发展提供新的机遇。更为重要的是，在TMO材料表面、异质界面上或者纳米结构中，由于三维晶格网络的平移对称性被打破，维度降低，而相应的特殊电子态被限制在尺度小于电子平均自由程的体系中，因而常常表现出奇异的、与体材料 24卷第1期(总139期) ·51·