无机化学反应一般原理.docx
《无机化学反应一般原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机化学反应一般原理.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
无机化学反应一般原理
第5讲 无机化学反应一般原理
教材分析
初中教材要求
高中教材要求
在初中化学中，主要通过对金属、非金属、酸、碱、盐、CuO、CO2等具体物质化学性质的了解，掌握基本的化学反应类型，了解一些物质转化的具体案例。
在高中化学中，熟练运用各类物质之间的反应规律指导认识物质的化学性质（分散在必修1有关元素单质及其化合物性质学习中，但无专门的分析）。
初中化学所涉及的元素化合物知识主要包括以O2、H2、C、S、P等为代表的非金属单质，以Fe、Cu、Na为代表的金属单质，以CO、CO2等为代表的非金属氧化物，以Fe2O3、CuO等为代表的金属氧化物，以H2SO4、HNO3、HCl为代表的酸，以NaOH、Ca（OH）2为代表的碱，以NaCl、CuSO4、Na2CO3、CaCO3为代表的盐。
这些物质之间的相互转化关系可用下图描述。
在初中化学中，通常把常见无机物分成单质、氧化物、酸、碱和盐等五大类。
从结构和性质角度来分析，把无机物分成以下几类可能更合理些：
①金属（包括游离的金属单质和合金），②非金属（非金属单质），③碱性物质（包括碱性氧化物和碱，基本上都是离子化合物），④酸性物质（包括酸性氧化物和酸，基本上都是共价化合物），⑤盐（都可以看成是碱性物质和酸性物质的反应产物）。
同一类物质一般有相似的性质，由于无机物种类不多，所以貌似复杂纷繁的无机化学反应，大多数可以归纳到以下三大类反应。
①酸性物质和碱性物质之间的反应 性质对立的这两类物质，一般都能反应，反应生成盐或盐和水。
②酸、碱、盐等电解质在溶液里的反应 反应过程中一般有水、沉淀和气体生成。
③氧化还原反应 在结构上容易得电子的物质和容易失电子的物质之间的化学反应。
初中化学中，没有单质参加的反应大部分属于前两类化学反应，但都是以个别反应为示例，未形成一般性规律，使我们无法用来分析高中阶段所接触物质的基本性质。
而反应物涉及单质的反应大多数为氧化还原反应，但反应本质的理解也不作为要求，氧化还原反应规律正是高中阶段接触的最重要的化学反应规律。
下面，我们将着重补充有关前两类反应的基本规律，以帮助我们更好地理解必修1中常见无机物的化学性质。
1．酸性物质和碱性物质的反应
（1）酸性物质和碱性物质
碱性物质包括碱和对应的碱性氧化物，除氨水外，结构上都可看成是由金属阳离子和OH－或O2－构成，状态上一般都是不挥发性固体。
酸性物质包括酸和酸性氧化物，酸又可分为无氧酸（如盐酸HCl、氢氟酸HF、氢硫酸H2S、氢氰酸HCN等）和含氧酸（如H2SO4、HNO3、H2CO3、H3PO4、高锰酸HMnO4、次氯酸HClO），无机含氧酸都是酸性氧化物的水化物；酸性氧化物又可分为非金属氧化物和金属氧化物（如CrO3、Mn2O7等）。
酸性物质在结构上一般都是由分子构成（少量的直接以原子构成，如B2O3、SiO2），在水分子作用下，酸分子可被离解成氢离子和其他阴离子；酸性氧化物在水中并不会被直接离解成阴阳离子，但部分酸性氧化物会与水化合形成酸。
阶段，大多数非金属酸性氧化物都是气体（P2O5、B2O3、SiO2是固体），而金属酸性氧化物大多是固体。
（2）酸性物质和碱性物质的反应
酸性物质和碱性物质之间可发生以下四种反应类型：
酸性氧化物＋碱性氧化物===含氧酸盐
酸性氧化物＋碱===盐＋水
碱性氧化物＋酸===盐＋水
酸＋碱===盐＋水
从中可以看出，当反应物中只有氧化物时，生成物只有盐；而反应物中有酸或碱时，生成物是盐和水。
酸性物质跟碱性物质，两者的性质对立越强烈，也就是反应物间酸碱性差异越大，反应越容易发生。
弱酸性物质和弱碱性物质，往往较难发生反应，如碳酸和氢氧化铁就不发生反应。
①酸性氧化物和碱性氧化物生成含氧酸盐
酸碱性对立越强烈，两种氧化物间反应生成含氧酸盐就越容易发生，反过来，生成的含氧酸盐就越稳定，越难分解。
参加反应的两种氧化物中，如果有一种是强酸性或强碱性的，反应往往都能进行。
Na2O＋CO2===Na2CO3（Na2O是碱性较强的物质，对应水化物为烧碱）
CaO＋CO2===CaCO3（CaO是碱性较强的物质，对应水化物为熟石灰）
CuO＋SO3===CuSO4（SO3酸性较强，对应水化物为硫酸）
如果两种氧化物的酸、碱性都不强，它们一般不能发生反应，例如氧化铜跟二氧化碳就不能直接化合。
在这种反应类型中，人们还发现，极难挥发的酸性氧化物（如P2O5、B2O3、SiO2，其中SiO2熔点高达1700℃左右，极高温度下也不挥发）跟碱性氧化物混合强热时能化合生成对应盐。
如钢铁冶炼中的高温造渣反应，本质是SiO2和各种金属氧化物的反应。
CaO＋SiO2===CaSiO3 FeO＋SiO2===FeSiO3
②碱性氧化物和酸的反应
碱性氧化物和酸的性质对立越强烈，反应越容易。
不溶性碱性氧化物（对应水化物往往是弱碱，碱性较弱）一般不能跟极弱的酸（如碳酸、次氯酸HClO）反应。
碱性氧化物遇酸时，结构中的氧离子跟H＋结合生成水，金属阳离子和酸根离子结合成盐。
强酸能跟所有碱性氧化物反应，工业生产中常利用酸除去金属表面的氧化物锈斑，例如：
Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O
CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O
醋酸这类较强的弱酸，也几乎能跟所有碱性氧化物反应，如：
Fe2O3＋6CH3COOH===2（CH3COO）3Fe＋3H2O
③酸性氧化物和碱的反应
酸性氧化物跟碱反应，一般生成盐和水。
反应在溶液中进行时，可以看成酸性氧化物先跟水反应变成酸，酸再和碱反应生成盐和水。
如：
2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O（Na2CO3读作碳酸钠）
2NaOH＋SO2===Na2SO3＋H2O（Na2SO3读作亚硫酸钠）
两者性质对立越强，反应越容易，不溶性氢氧化物（大多为弱碱）一般不跟极弱的酸性氧化物（如CO2、SiO2）反应，像SiO2这种极弱的不溶性酸性氧化物跟强碱作用时反应也很慢，与强碱共熔时才有很好的反应，如硅酸钠、硅酸钾等盐常利用二氧化硅跟强碱共熔制备，硅酸钠、硅酸钾的水溶液有很强的粘性，俗称水玻璃，是常用的无机矿物胶。
2NaOH＋SiO2
Na2SiO3＋H2O
2KOH＋SiO2
K2SiO3＋H2O
其实，碱和酸性氧化物要生成盐和水，碱必须相对过量，酸性氧化物少量。
如果反应中酸性氧化物过量，而碱不足时就只能生成酸式盐，如
NaOH＋CO2===NaHCO3（NaHCO3读作碳酸氢钠）
NaOH＋SO2===NaHSO3（NaHSO3读作亚硫酸氢钠）
[试一试] 1.写出氨水（NH3·H2O）和CO2生成正盐和酸式盐的两种化学反应方程式。
由此可见，酸性氧化物和碱反应生成物与其相对量有关，相对量不同，生成的盐也不同，导致基于此类反应的有关实验制备、化学计算更趋复杂。
④酸跟碱的反应
酸跟碱的反应，本质上是酸组成中的H＋与碱组成中的OH－结合成水，金属阳离子（或铵根离子）与酸根离子结合成盐。
酸和碱生成盐和水的反应，又称为中和反应，它是最典型的复分解反应之一。
NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
NaOH＋HClO===NaClO＋H2O（HClO读次氯酸，为弱酸）
NaOH＋CH3COOH===CH3COONa＋H2O
NaOH＋HNO2===NaNO2＋H2O（HNO2读亚硝酸，为弱酸）
2NaOH＋H2SO4===Na2SO4＋2H2O
酸和碱的性质对立越强，反应越容易，一般只有极弱的酸跟极弱的碱之间才不会反应，其他酸和碱一般都能反应，例如不溶性氢氧化物一般不溶于碳酸、硅酸等极弱的酸溶液。
2．酸、碱、盐等电解质在溶液里的反应
碱、酸和盐在水溶液里全部或部分电离成离子，都是电解质，在溶液里可两两反应。
其中酸和碱的反应称为中和反应，生成水是相互间反应的基本条件。
另外，酸和盐、碱和盐也能发生反应，其反应规律分别如下。
（1）酸和盐的反应
在阶段，我们所接触的酸以可溶性酸为主，溶质在水中电离成氢离子和酸根离子，当向其中加入盐时，只要其中任何一种离子的浓度能降低，盐和酸的反应就能发生。
在盐酸中加入碳酸钠固体，因为碳酸钠在水中可电离出碳酸根离子，它和H＋能快速结合成不稳定的碳酸，分解成CO2和水，导致该反应发生。
同样，加入碳酸钙或碳酸钡固体时，虽然固体溶解度不大，但溶解部分电离产生的碳酸根仍能和H＋结合，所以照样可以反应，不过相同条件下产生气泡不如碳酸钠剧烈。
其反应方程式如下：
Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O
BaCO3＋2HCl===BaCl2＋CO2↑＋H2O
在硫酸中加入醋酸钠固体时，醋酸钠在水中可电离出醋酸根离子，它和H＋结合形成醋酸（一种弱酸，水溶液中主要以分子形态存在），这将大大降低了H＋浓度，促成反应进行到底。
次氯酸钠、磷酸钠等弱酸盐和硫酸、盐酸等强酸的反应原理与此相似，习惯上被初中化学教师概括为强酸制弱酸。
反应方程式如下：
2CH3COONa＋H2SO4===Na2SO4＋2CH3COOH
2NaClO＋H2SO4===Na2SO4＋2HClO
[试一试] 2.一定条件下，稀硫酸和氯化钡溶液，氯化钠与硝酸银溶液混合都有白色沉淀生成，写出反应方程式，说明反应充分进行的理由。
向硫酸铜溶液中，滴入新制的饱和氢硫酸（H2S、二元弱酸）时，能观察到黑色沉淀，表明二者能发生化学反应，其反应方程式如下：
CuSO4＋H2S===H2SO4＋CuS↓
该反应的发生证明，弱酸在一定条件下也可生成强酸，所以“强酸制备弱酸”规律是有缺陷的、不严密的、有条件的。
从本质上看，硫酸铜电离产生的Cu2＋能和氢硫酸部分电离产生的S2－形成难溶于水（也难溶于酸）的CuS沉淀，铜离子浓度降低，反应能够发生。
从表面看，这一反应发生的理由仍然是因为生成物出现了不溶性沉淀物，降低了离子浓度。
（2）碱和盐的反应
一定条件下，在氯化铁溶液中滴加氢氧化钠溶液可以产生红褐色沉淀，该反应往往被用来验证溶液中是否存在铁离子，其反应方程式是FeCl3＋3NaOH===Fe（OH）3↓＋3NaCl。
工业生产中，通过向氢氧化钙悬浊液中加入饱和碳酸钠溶液制备烧碱，其反应方程式是Na2CO3＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋2NaOH。
向氯化铵稀溶液中加入烧碱固体，能放出有刺激性气味的氨气，这是铵盐的一个重要性质，其反应方程式是NH4Cl＋NaOH===NaCl＋NH3↑＋H2O。
一般来说，盐和碱的反应中，两种反应物都是可溶性化合物，如果都不溶解，反应将很难进行。
（3）盐和盐的反应
酸和酸、碱和碱、盐和盐理论上也可能发生反应，酸和酸、碱和碱的反应，反应原理复杂，在高中化学中会逐步接触个别案例；而盐与盐的反应在初中化学中已有接触，在高中会增加更多案例。
如我们熟知的硝酸银与氯化钠的反应，被用来检验溶液中是否存在氯离子；氯化钡和硫酸钠的反应，被用来检验溶液中是否存在硫酸根离子；碳酸钠和氯化钡溶液混合时也会产生白色沉淀。
目前所接触的案例中，大多数盐和盐的反应均发生在两种可溶性盐之间，在高中选修“化学反应原理”模块，会学习不溶性盐和另一种可溶性盐溶液之间的反应，如分析化学中常用饱和碳酸钠溶液处理硫酸钡固体，将不溶于水的硫酸钡转化为可溶于酸的碳酸钡，这种反应方式常被用于无机化合物的制备、提纯和废水处理中。
以上发生在溶液中的两种化合物间的反应，如碱性氧化物和酸、酸和碱、酸和盐、碱和盐、盐和盐的反应，都是两种电解质之间的反应，两种化合物先“分解”成两种成分（阳离子和阴离子），再重组为两种新的化合物，这类反应习惯上称为复分解反应。
理论上，任何两种电解质，只要彼此组分中的阴阳离子都不相同，相互交换组成又能形成沉淀（溶解度更小的物质）、气体（挥发性物质）、水（高中化学将此扩展为水、醋酸等弱电解质）等产物，就有可能发生复分解反应。
从形式上看，形成沉淀、气体或水是复分解反应发生的三种主要原因；从本质上看都是通过降低原反应物中某种离子的浓度而实现的。
3．氧化物跟其对应水化物间的相互转化
含氧酸和碱分别是酸性氧化物和碱性氧化物的水化物（和水化合形成产物的简称），它们之间往往有如下转换关系：
碱性氧化物＋水―→碱
酸性氧化物＋水―→酸
下面综合讨论氧化物与其水化物间的转化规律。
（1）碱性氧化物和碱之间的相互转化
大部分碱性氧化物不能跟水直接化合成对应的水化物，一般来说，只有可溶性碱才可以此碱性氧化物和水直接化合形成，中强碱氢氧化镁也适用此规律，但化合速率不如可溶性的烧碱。
例如：
Na2O＋H2O===2NaOH
MgO＋H2O===Mg（OH）2
碱性氧化物跟水接触时，在水分子作用下，晶体中的金属离子和氧离子被水分子入侵后离解成自由移动的离子，其中的氧离子被水中微量的H＋捕获成为OH－，这样就使氧化物转变成碱。
碱在加热时一般可分解为碱性氧化物和水，其分解倾向与碱性氧化物和水结合倾向的强弱相反。
一般地说，越容易由碱性氧化物和水化合生成的碱就越难分解，也就是说，可溶性碱一般加热不分解，而不溶性碱加热时可分解成碱性氧化物和水。
强碱类的氢氧化钙要强热才分解，中强碱的氢氧化镁在加热时可分解，氢氧化铜在热水中就可分解成黑色沉淀，而氢氧化银极不稳定，在含Ag＋的溶液中加入碱，析出的氢氧化物马上分解成氧化物，只能得到氧化物（Cu＋、Hg2＋与Ag＋类似）。
Ca（OH）2
CaO＋H2O
Mg（OH）2
MgO＋H2O
Cu（OH）2
CuO＋H2O
总之，一般可溶性碱可由其氧化物和水化合形成，高温也难分解；不溶性碱不能由其氧化物与水化合形成，但受热会分解成对应氧化物和水。
（2）酸性氧化物和酸之间的相互转化
一般来说，可溶于水的酸性氧化物都能和水直接化合成对应的含氧酸（元素有相同的价态）。
例如：
SO3＋H2O===H2SO4
SO2＋H2OH2SO3
而不溶性氧化物（如SiO2，沙子、石英、水晶的主要成分）一般和水就不能直接化合，因此对应含氧酸H2SiO3就只能用其他方法合成。
二氧化钛（TiO2）、三氧化钨（WO3）等酸性氧化物不能和水化合的原因与此相似。
制取二氧化硅可以和氧化钠或氢氧化钠反应得到硅酸钠，硅酸钠再和盐酸、稀硫酸等酸发生反应转化为硅酸，即SiO2→Na2SiO3→H2SiO3两步完成转化。
[试一试] 3.以SiO2和其他常见试剂为原料，制取硅酸，写出相应的化学反应方程式。
绝大部分含氧酸能分解成对应的氧化物（被形象地称为酸酐）和水。
对应酸酐不挥发、不溶解（难溶或微溶）的，容易受热分解成酸酐和水，如硅酸、磷酸；对应酸酐为低价态气体的，只能存在于溶液中，也就是极易分解，如碳酸、亚硫酸。
H2SiO3
SiO2＋H2O
H2SO3SO2＋H2O
[试一试] 4.HNO2也只能在稀溶液中存在，已知亚硝酸钠溶液和硫酸可以发生复分解反应，请写出相应的化学反应方程式。
（满分50分 限时30min）
一、选择题（本题包括10小题，每小题4分，共40分，每题只有1个正确答案。
）
1．图中相连物质间在一定条件下可以发生反应，下表提供的四组物质符合要求的是（ ）
甲
乙
丙
丁
A
H2
O2
HCl
CuO
B
Mg
HCl
CuCl2
NaOH
C
Ca（OH）2
CO2
NaOH
CuSO4
D
Na2CO3
BaCl2
HCl
Ca（OH）2
2.下表中“——”表示相连的物质间能发生反应，“→”表示这种物质经一步反应可转化为另一种物质，则甲、乙、丙、丁四种物质不符合对应“转化关系”的是（ ）
选项
A
B
C
D
转化关系
物质
甲
Ca（OH）2
C
Fe
Na2CO3
乙
HCl
O2
HCl
Ca（OH）2
丙
Na2CO3
Fe2O3
CaCl2
BaCl2
丁
Ba（OH）2
CO
NaOH
H2SO4
3.下列各组物质的溶液，不能发生复分解反应的是（ ）
A．HCl和Ca（OH）2B．Na2CO3和H2SO4
C．AgNO3和BaCl2D．KCl和CuSO4
4．在水溶液中，一般不与其他物质发生复分解反应的是（ ）
A．硝酸钠B．碳酸钾
C．氢氧化铁D．硝酸
5．下列各选项中括号内物质不是对应酸酸酐的是（ ）
A．H2SO4（SO3）B．H2SiO3（SiO2）
C．H3PO4（P2O5）D．HNO3（NO2）
6．下列变化，不能通过一步反应实现的是（ ）
A．Na2CO3→NaOHB．BaCl2→Ba（OH）2
C．FeCl3→Fe（OH）3D．CaCO3→CaCl2
7．下列物质间的反应能一步实现的是（ ）
A．Na2O→NaOHB．SiO2→H2SiO3
C．FeO→Fe（OH）2D．FeO→FeCO3
8．下列物质间的化学反应不属于复分解反应的是（ ）
A．Na2O和HClB．SiO2和NaOH
C．Ba（OH）2和H2SO4D．AgNO3和HCl
9．下表所列各组物质中，物质之间通过一步反应就能实现如图所示转化的是（ ）
物质
选项
a
b
c
A
Al2O3
Al（OH）3
AlCl3
B
CuO
Cu（OH）2
CuCl2
C
SiO2
Na2SiO3
H2SiO3
D
CO2
CuCO3
Na2CO3
10.往盐酸和氯化钙的混合溶液中逐滴加入碳酸钠溶液，观察到的现象是（ ）
A．开始冒气泡，后出现白色沉淀
B．只有白色沉淀析出
C．只有大量的气泡冒出
D．开始出现白色沉淀，后冒出大量气泡
二、填空题（本题包括两小题，共10分）
11．（6分）以铜为原料制取氢氧化铜，设计必要步骤并写出相应的化学方程式。
12．（4分）氯化钠和硫酸一定条件下可发生反应，即2NaCl＋H2SO4
Na2SO4＋2HCl↑，该反应类型是________________反应，反应能够趋于完全进行的理由是__________________________________，为保证该反应进行，从反应物状态或浓度看其最佳条件是____________________________________。
答案精析
试一试 1.2NH3·H2O＋CO2===（NH4）2CO3＋H2O
NH3·H2O＋CO2===NH4HCO3
试一试 2.H2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2HCl，NaCl＋AgNO3===NaNO3＋AgCl↓。
两个反应完全进行都是因为生成了沉淀，降低了对应离子的浓度。
试一试 3.2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓
试一试 4.2NaNO2＋H2SO4===N2O3＋Na2SO4＋H2O
限时作业
1．C 2.C 3.D
4．A [A选项中的Na＋和NO
不能与别的离子或物质反应生成沉淀或气体，无法发生复分解反应。
]
5．D [酸酐中元素的化合价与酸中对应元素的化合价相同。
D中HNO3中N为＋5价，NO2中N的化合价为＋4价，故NO2不是HNO3的酸酐，N2O5才是HNO3的酸酐。
]
6．B 7.A
8．B [B选项中SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，该反应不是复分解反应，不符合复分解反应AB＋CD===AD＋CB的一般规律。
]
9．C 10.A
11．制备流程是Cu→CuO→CuCl2→Cu（OH）2。
相应的化学方程式：
Cu＋O2
CuO
CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O
CuCl2＋2NaOH===Cu（OH）2↓＋2NaCl
12．复分解反应 生成挥发性的HCl气体 选用食盐固体与浓硫酸反应
解析 由于HCl气体极易溶于水，为使氯化氢尽量逸出，应尽可能减少含水量，选用食盐固体与浓硫酸反应效果最佳。
升级会员 