釋義
單質(elementary substance)是由同種元素組成的純淨物。一般來說,單質的性質與其元素的性質密切相關。比如,很多金屬的金屬性都很明顯,那麼它們的單質還原性就很強。不同種類元素的單質,其性質差異在結構上反映得最為突出。與單質相對,由多種元素組成的物質叫做化合物。
内容
正确表達:
首先,單質(element)一定是純淨物,純淨物是由一種物質構成的,比如銅,鐵等
其次,單質分為單原子分子、雙原子分子、多原子分子。單質是由一種元素組成的,銅和鐵是單質,但碳酸鈣不是,因為碳酸鈣由C,Ca,O三種元素構成,所以它不是單質,它是化合物,化合物也是純淨物。
再次,同一種元素可以有不同種結合方式(即同素異形體),比如C,它可以構成是石墨,金剛石等,如果把他們混在一起,不能說是純淨物,隻能是同一種元素構成的混合物
所以說,單質是同種元素構成的純淨物。
錯誤表達:
1.同種元素構成的是單質
2.純淨物是單質
3.隻有一種元素的是純淨物
正确的表達:
有些元素在不同化合物裡可能顯示不同的化合價:在單質裡元素的化合價為0;在化合物裡,金屬元素顯正價,非金屬元素可能顯正價或負價。
單質,化合物,純淨物,混合物的區别和聯系:
要明确單質和化合物是從元素角度引出的兩個概念,即由同種元素組成的純淨物叫做單質,由不同種元素組成的純淨物叫做化合物。無論是在單質還是化合物中,隻要是具有相同核電荷數的一類原子,都可以稱為某元素。
三者的主要區别是:元素是組成物質的成分,而單質和化合物是指元素的兩種存在形式,是具體的物質。元素可以組成單質和化合物,而單質不能組成化合物。
結構差異
金屬
固态金屬以金屬鍵結合成金屬晶體。為了保證晶體的穩定,原子采取密堆積形式。由于晶體内部有遊離電子,所以金屬都導電,而且比較容易失去電子。
非金屬和惰性氣體
非金屬單質一般以共價鍵結合成分子。常溫下,很多非金屬單質都以雙原子分子形式存在,如氫氣、氧氣等。一些元素還可形成多原子的分子,如臭氧(O3)、足球烯(C60)等。
能形成原子晶體的單質在常溫下都是固态,而且較硬,如鑽石等。
惰性氣體的價電子層是滿的,所以它們不需要結合成分子以使自己更穩定,因此它們在常溫常壓下都是單原子分子的氣體。
上述物質中都沒有可自由移動的電子,因此它們都是電的不良導體。例外的是石墨,它具有特殊的層狀結構,質地松軟,且可以導電。
同素異形體
定義
同一種元素的不同種單質叫做同素異形體。
同素異形體具有三大特征:一是互為同素異形體的不同形态單質物體具有不同的結構;二是互為同素異形體的不同結構單質物體具有不同的功能;三是通過施加一定的外在條件,同素異形體單質物體之間可以互相轉化。
注意事項
由于構成物質的原子(或分子)的排列不同,或原子的成鍵方式不同,使得同一種元素産生多種單質。各種同素異形體都是不同的物質,具有不同的物理性質,但化學性質不一定不同。
制取方法
物理分離法
物理分離法适用于分離提純那些以單質狀态存在,與其雜質在某些物理性質(如密度、沸點等)上有顯著差異的元素。例如,淘洗黃金是利用金密度大的性質将金提取出來;又如,氧氣、氮氣則是根據液氧、液氮沸點的不同将将液态空氣分餾而制得。
熱分解法
熱穩定性差的某些金屬化合物直接加熱即可分解為金屬單質。
還原法
使用還原劑制取單質的方法稱為還原法。一般根據生産規模、實驗要求、環境保護、安全因素、原料來源及價格等選用合适的還原劑。
電解法
活潑金屬和非金屬單質的制備,可采用電解法。例如,電解飽和NaCl水溶液制取氫氣和氯氣;電解金屬熔融鹽制備Li、Na、Mg、Al等金屬:
氧化法
使用氧化劑制取單質的方法稱為氧化法。例如,用空氣氧化法從黃鐵礦中提取硫,冷卻硫蒸氣可得到粉末狀的硫。也可以從天然氣中制取硫。
物理化學上的參照意義
在熱力學中,以每種元素最穩定的單質的标準生成焓和标準生成自由能為0,以此推算其他物質的熱力學量。由于組成物質的元素隻有一種,一般單質的标準熵比化合物低。
單質的氧化數視作0。
和化合物的關系
共同點
單質和化合物都屬于純淨物。判斷物質是單質還是化合物,首先看物質是不是純淨物,隻有屬于純淨物才有可能屬于單質或化合物。不能認為由同種元素組成的物質一定就是單質,也不能認為由不同種元素組成的物質一定是化合物。例如白磷和紅磷,雖然都由磷元素組成,但它們不屬于一種物質,混合後屬于混合物,不屬于純淨物。又如空氣由多種元素組成,包括氧元素、氫元素、碳元素、氮元素、稀有氣體元素等,它屬于混合物,不屬于純淨物,更不是化合物。
區别
從概念上看,單質是由一種元素組成的純淨物,而化合物是由兩種或兩種以上的元素組成的純淨物;從微觀範圍看,單質由同種原子構成,化合物由不同種原子構成;從性質上看,單質不能發生分解反應,化合物可以發生分解反應。
聯系
單質和化合物雖然組成元素的種數不同,但它們可以相互轉化。單質可以和單質反應生成化合物,也可以和化合物反應生成另一種化合物。如鎂條在空氣中燃燒生成氧化鎂,其中鎂、氧氣屬于單質,氧化鎂屬于化合物;一氧化碳燃燒生成二氧化碳,其中一氧化碳和二氧化碳屬于化合物,氧氣屬于單質。化合物也可以通過分解反應生成單質,如過氧化氫分解,放出氧氣,同時生成水。過氧化氫屬于化合物,氧氣屬于單質。
最後值得注意的是,組成單質的雖然是同一種元素,但是在單質分子中,有單原子分子(1個原子構成1個分子),如稀有氣體等;也有雙原子分子(2個原子構成1個分子),如氧氣、氮氣等;還有多原子分子(多個原子構成1個分子),如臭氧等。另外同種元素可以形成不同的單質,如白磷和紅磷,氧氣和臭氧等,他們互稱為同素異形體,它們在一定條件下能相互轉化,這種轉化屬于化學變化。
非金屬
氧化性
F2 + H2 = 2HF
nF2 + 2M = 2MFn (表示大部分金屬)
2F2 + 2H2O = 4HF + O2
2F2 + 2NaOH = 2NaF + OF2 + H2O
Cl2 + H2 = 2HCl
Cl2 + 2Na = 2NaCl
3Cl2 + 2Fe = 2FeCl3
2Cl2 + 2NaBr = 2NaCl + Br2
5Cl2 + I2 + 6H2O = 2HIO3 + 10HCl
Cl2 + H2S = 2HCl + S
2O2 + 3Fe = Fe3O4
S + H2 = H2S
S + Fe = FeS
S + 2Cu = Cu2S
S + Zn = ZnS
N2 + 3H2 = 2NH3
N2 + 3Mg = Mg3N2
P + 3Na = Na3P
還原性
S + O2 = SO2
S + 6HNO3(濃) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
N2 + O2 = 2NO
2P + 3X2 = 2PX3 (X表示F2,Cl2,Br2)
C + 2F2 = CF4
2C + O2(少量) = 2CO
C + O2(足量) = CO2
C + CO2 = 2CO
C + H2O = CO + H2(生成水煤氣)
2C + SiO2 = Si + 2CO(制得粗矽)
Si(粗) + 2Cl2 = SiCl4
Si(粉) + O2 = SiO2
Si + C = SiC(金剛砂)
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2