典型高中化学方程式四维教育.docx

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典型高中化学方程式四维教育

第3章金属及其化合物

1、钠

1、钠与非金属反应

　　2Na+S=Na2S  

钠在空气中燃烧（黄色的火焰）2Na＋O2

Na2O2

钠块在空气中变暗4Na＋O2＝2Na2O

Na2O在空气中加热（变黄）2Na2O＋O2

2Na2O2

2、钠与水反应（浮、熔、游、消、变、）

2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑

2Na＋2H2O＝2Na＋＋2OH－＋H2↑

3、钠与酸反应2Na+2HCl=2NaCl+H2↑

4．钠与碱反应：

实质是钠与水的反应

5、钠与盐反应

Na与盐溶液一般不发生置换反应，但与熔融的盐可发生置换4Na+TiCl4（熔融）

Ti+4NaCl

6、Na放入盐溶液时，先与水反应，它包括两种情况：

（1）如果盐溶液的溶质不与NaOH反应:

如氯化钠溶液

（2）如果盐溶液中的溶质与NaOH反应:

生成的碱与盐发生复分解反应，

例如：

将Na放入CuSO4溶液中2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

2NaOH+CuSO4=Cu（OH）2↓+Na2SO4

7、工业制钠：

电解熔融的NaCl，2NaCl（熔融）

2Na+Cl2↑

8、氧化钠与水反应Na2O＋H2O＝2NaOH

9、氧化钠与CO2反应Na2O＋CO2＝Na2CO3

10、氧化钠与酸反应Na2O＋2HCl＝2NaCl＋H2O

11、过氧化钠与水反应2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑

2Na2O2＋2H2O＝4Na＋＋4OH－＋O2↑

12、过氧化钠与CO2反应2Na2O2＋2CO2＝2Na2CO3＋O2

13、过氧化钠与酸反应2Na2O2＋4HCl＝4NaCl＋2H2O＋O2↑

14、苏打（纯碱）与盐酸反应

①盐酸中滴加纯碱溶液Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2↑

CO32－＋2H＋＝H2O＋CO2↑

②纯碱溶液中滴加盐酸，至过量Na2CO3＋HCl＝NaHCO3＋NaCl

CO32－＋H＋＝HCO3－

NaHCO3＋HCl＝NaCl＋H2O＋CO2↑

HCO3－＋H＋＝H2O＋CO2↑

15、小苏打受热分解2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑

16、固体氢氧化钠和碳酸氢钠混合物在密闭容器中加热

NaHCO3＋NaOH

Na2CO3＋H2O

溶液中：

HCO3－＋OH－＝H2O＋CO32－

17、侯氏制碱法反应式：

NaCl+NH3+CO2+H2O＝NaHCO3+NH4Cl

2、铝相关方程式

1、铝箔在氧气中剧烈燃烧4Al＋3O2

2Al2O3

2、铝片与稀盐酸反应2Al＋6HCl＝2AlCl3＋3H2↑

2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑

3、实验室制取Al（OH）3铝盐溶液加氨水的离子方程式：

Al3++3NH3·H2O=Al（OH）3↓+3NH4+

4、铝与氢氧化钠溶液反应2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑

2Al＋2OH-＋2H2O＝2AlO2-＋3H2↑

5、铝与三氧化二铁高温下反应（铝热反应）2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3

6、Al2O3与盐酸反应的离子方程式：

Al2O3+6H+=2Al3++3H2O

7、Al2O3与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：

 Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O

8、Al（OH）3与盐酸反应的离子方程式：

Al（OH）3 +3H+=Al3++3H2O

9、Al（OH）3 与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：

 Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O

10、氢氧化铝加热分解生成氧化铝和水：

2Al（OH）3

 Al2O3 + 3H2O 

11、氧化铝制取铝：

2Al2O3

4Al+3O2↑

12、氯化铝溶液中加入过量的氢氧化钠溶液：

Al3++4OH-=AlO2-+2H2O

13、氢氧化铝加热分解生成氧化铝和水：

2Al（OH）3 

Al2O3 + 3H2O 

14、NaAlO2溶液中加入过量盐酸溶液的离子方程式：

AlO2-+4H+＝Al3++2H2O

15、氯化铝溶液中加入NaAlO2溶液的离子方程式：

Al3++3AlO2-+6H2O＝4Al（OH）3↓

16、NaAlO2溶液中通入足量CO2的离子方程式：

AlO2-+CO2+2H2O＝Al（OH）3↓+HCO3-

17、氯化铝净水原理：

AlCl3＋3H2O＝Al（OH）3（胶体）＋3HCl

三、其他金属化学方程式

1、镁在空气中燃烧：

2Mg+O2

2MgO

2、镁在卤素单质、硫等反应Mg+Cl2

MgCl2

Mg+S

MgS

3Mg+N2

Mg3N2

3、与H2O反应（Mg、A1和冷水都不反应，但在加热条件下与水反应生成氢氧化物和氢气）

Mg+2H2O

Mg（OH）2+H2↑

2A1+6H2O

2A1（OH）3+3H2↑

4、与酸反应置换出H2

Mg、A1与浓、稀盐酸、稀硫酸、磷酸等酸反应置换出H2，其中铝在冷浓H2SO4，冷浓硝酸中发生钝化现象。

所以可用铝制容器贮存冷的浓硫酸或浓硝酸。

5、与某些氧化物反应

镁与二氧化碳反应：

2Mg+CO2

2MgO+C

6、高温下铁与水反应3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

7、氧化铁溶于盐酸中Fe2O3＋6HCl＝2FeCl3＋3H2O

Fe2O3＋6H＋＝2Fe3＋＋3H2O

8.氯化铁中滴入氢氧化钠溶液（红褐色沉淀）FeCl3＋3NaOH＝Fe（OH）3↓＋3NaCl

Fe3＋＋3OH－＝Fe（OH）3↓

9、氯化亚铁溶液中通入氯气2FeCl2＋Cl2＝2FeCl3

2Fe2＋＋Cl2＝2Fe3＋＋2Cl－

10、氯化铁溶液中加入铁粉2FeCl3＋Fe＝3FeCl2

2Fe3＋＋Fe＝3Fe2＋

11、用KSCN检验的存在离子方程式Fe3＋+3SCN－=Fe（SCN）3

12、铜与浓硫酸反应：

Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋2H2O＋SO2↑

13、碳与浓硫酸反应：

C＋2H2SO4（浓）

2H2O＋CO2↑＋2SO2↑

14、铁与盐酸、稀硫酸的反应：

Fe+2H+==Fe2++H2O（反应后溶液呈浅绿色）

15、铁与过量稀硝酸的反应：

Fe+4H++NO3-==Fe3++NO↑+5H2O（反应后溶液呈棕黄色）

Fe＋4HNO3（稀）＝Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O

铁粉过量：

3Fe＋8HNO3（稀）＝3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

16、铜与浓硫酸的反应Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+SO2↑+2H2O

17、铜与浓硝酸的反应Cu+4HNO3（浓）＝Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

18、铜与浓硝酸的反应3Cu+8HNO3（稀）＝3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

Cu+2FeCl3＝2FeCl2+CuCl2

Cu+2AgNO3＝2Ag+Cu（NO3）2

第4章非金属及其化合物

1、硅的相关方程式

1、硅与氟气Si+2F2＝SiF4

2、硅与氧气Si＋O2

SiO2。

3、硅与氢氟酸Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑

4、硅与强碱溶液反应:

Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑

5、粗硅提纯SiO2＋2C

Si＋2CO↑

Si十2C12

SiCl4

SiCl4+2H2

Si+4HCl

6、二氧化硅与氢氟酸SiO2＋4HF==SiF4↑＋2H2O

7、硅与强碱溶液反应SiO2＋2NaOH==Na2SiO3＋H2O

SiO2＋CaO

CaSiO3

8、强酸制弱酸Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3↓＋2NaCl

Na2SiO3+CO2+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3

9、硅酸具有不稳定性H2SiO3＝SiO2＋H2O

2、氯

1、与金属反应

2Na＋Cl2

2NaCl（产生白烟）

Cu＋Cl2

CuCl2（产生棕黄色的烟）

2Fe＋3Cl2

2FeCl3（产生棕色的烟）

2、与非金属反应

H2＋Cl2

2HCl（发出苍白色火焰，有白雾生成）

  H2＋Cl2

2HCl（会发生爆炸）

2P＋3Cl2

2PCl3（氯气不足；产生白雾）

2P＋5Cl2

2PCl5（氯气充足；产生白烟）

（3）与水反应

（新制氯水中含H＋、Cl－、ClO－、OH－、Cl2、HClO、H2O）Cl2＋H2O=HCl＋HClO

（4）与碱反应

用于除去多余的氯气Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O

用于制漂粉精2Cl2＋2Ca（OH）2=Ca（ClO）2＋CaCl2＋2H2O

漂粉精的漂白原理Ca（ClO）2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO

漂白粉的失效Ca（ClO）2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO

2HClO2HCl＋O2↑

（5）与某些还原性物质反应

2FeCl2＋Cl2=2FeCl3

铜丝在氯气中剧烈燃烧（棕色烟）Cu＋Cl2

CuCl2

使湿润的淀粉-KI试纸变蓝色，用于氯气的检验2KI＋Cl2=2KCl+I2

SO2和Cl2同时通入品红溶液中不褪色的原理SO2＋Cl2＋2H2O=2HCl+H2SO4

Cl2＋2NaBr＝2NaCl＋Br2（Cl2＋2Br-＝Br2＋2Cl-）

Cl2＋2NaI＝2NaCl＋I2（Cl2＋2I-＝I2＋2Cl-）（6）次氯酸见光分解（强氧化剂、杀菌消毒，漂白剂）2HClO2HCl＋O2↑

（7）氯气的实验室制法：

（仪器：

分液漏斗，圆底烧瓶）

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

MnO2＋4H＋＋2Cl－

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

（8）氯气的工业制法：

（氯碱工业）2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

3、硫相关化学方程式

1、与金属反应

2Na+S===Na2S（剧烈反应并发生爆炸）

2Al+3S

Al2S3（制取Al2S3的唯一途径）

Fe+S

FeS（黑色）

2Cu+S

Cu2S（黑色）

2、与非金属反应

S+O2

SO2

S+H2H2S（说明硫化氢不稳定）

3、与化合物的反应

S+6HNO3（浓）

H2SO4+6NO2↑+2H2O

S+2H2SO4（浓）

3SO2↑+2H2O

4、用热碱溶液清洗硫3S+6NaOH

2Na2S+Na2SO3+3H2O

5、SO2有强还原性SO2+Cl2+2H2O==H2SO4+2HCl

6、SO2也有一定的氧化性2H2S+SO2==3S↓+2H2O

7、SO2具有漂白性，能跟有色有机化合物生成无色物质（可逆、非氧化还原反应）

8、实验室制法：

Na2SO3+H2SO4（浓）==Na2SO4+H2O+SO2↑

或Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+2H2O+SO2↑

9、用CuSO4溶液除去H2SCuSO4+H2S＝CuS↓+H2SO4

4、氮相关化学方程式

1、氮气和氢气N2+3H2

2NH3（高温高压催化剂）

2、氮气和氧气N2+O2

2NO

2NO+O2＝2NO2

3NO2+H2O＝2HNO3+NO,

K（+）+NO3（-）＝KNO3（大雨发庄稼）

3、氨的催化氧化4NH3+5O2

4NO+6H2O

4、氨气和氯化氢NH3+HCl＝NH4Cl

5、氨气和水NH3+H2O＝NH3·H2O（可逆）

6、涉及氮氧化物的吸收及硝酸的制备4NO+3O2+2H2O＝4HNO3

4NO2+O2+2H2O＝4HNO3

7、氯化铝和氨水AlCl3+3NH3·H2O＝Al（OH）3（↓）+3NH4Cl

8、实验室制氨气Ca（OH）2+2NH4Cl＝CaCl2+2NH3（↑）+H2O

9、一氧化氮和氧气2NO+O2＝2NO2

10、氯化铵受热分解NH4Cl==NH3↑+HCl↑

11、碳酸氢铵受热分解NH4HCO3＝NH3↑+CO2↑+H2O

12、浓硝酸长久放置4HNO3==4NO2↑+O2↑+2H2O（光照或加热）

13、铜和浓硝酸：

Cu+4HNO3＝Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

14、铜和稀硝酸：

3Cu+8HNO3==3Cu（NO3）3+2NO↑+4H2O

15、锌和浓硝酸：

Zn+4HNO3==Zn（NO3）2+2NO2↑+2H2O

16、碳和浓硝酸：

C+4HNO3==CO2↑+4NO2↑+2H2O

17、浓硝酸受热分解4HNO3==4NO2↑+O2↑+2H2O（光照或加热）

常见的化学电源

1锌-锰干电池

正极-石墨棒，负极-锌筒,电解质-淀粉湖-NH4Cl与碳粉、MnO2的混合物。

负极反应：

Zn-2e-=Zn2+，

正极反应：

2NH4++2e-=2NH3+H2，2MnO2+H2=Mn2O3+H2O；

电池反应：

Zn+NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+Mn2O3+H2O

2铅蓄电池

电解质溶液为（电解液：

1.25g/cm3~1.28g/cm3的H2SO4溶液

放电时：

负极-Pb：

Pb-2e-+SO42-=PbSO4↓；

正极-Pb（PbO2）：

PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4↓+2H2O

充电时：

阴极：

PbSO4+2e-=Pb+SO42-

阳极：

PbSO4↓-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-

3锌-银钮扣电池

锌为负极，氧化银为正极，KOH溶液为电解质溶液。

负极（Zn）:

Zn–2e-+2OH-=ZnO+H2O[电极上Zn–2e-=Zn2+,溶液中Zn2++2OH-=Zn（OH）2,Zn（OH）2=ZnO+H2O]

正极（Ag2O）:

Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-;电池总反应Zn+Ag2O=ZnO+2Ag

1.氯碱工业

（1）概念:

用电解饱和食盐的方法来制取和H2,并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。

（2）原理阳极（C）：

2Cl--2e-====Cl2

阴极（Fe）：

2H++2e-=H2

总反应：

2NaCl+2H2O=电解=2NaOH+Cl2+H2

4．电解规律

1．电极产物的判断

因此，离子的氧化性越强，越容易在阴极得电子，而离子的还原能力越强，越容易在阳极失电子。

2．电解后溶液pH的变化

（1）由电解总方程式判断整体的变化

（2）由电极反应式判断局部的变化，阴极：

H+放电，pH增大；阳极：

OH-放电，pH变小。

3．用惰性电极电解溶液时的情况分析

类型

电析反应特点

实例

电解

对象

电解质浓度

pH

复原电解质溶液

电解

水型

阴极（Fe）：

2H++2e-=H2

阳极：

4OH--4e-==2H2O+O2

NaOH

水

增大

增大

加水

H2SO4

水

增大

减小

加水

Na2SO4

水

增大

不变

加水

分解电解质型

电解质电离出的阴阳离子分别在两级放电

HCl

电解质

减小

增大

加氯化氢

CuCl2

电解质

减小

减小

加氯化铜

放H2生碱型

阴：

H2O放H2生成碱

阳：

电解质阴离子放电

NaCl

电解质和水

生成新电解质

增大

加氯化氢

放O2生酸型

阴：

电解质阳离子放电

阳：

H2O放O2生成酸

CuSO4

电解质和水

生成新电解质

减小

加氯化铜

常见的一次电池：

（1）普通锌锰干电池

锌锰干电池是最常见的化学电源，分酸性碱性两种。

干电池的外壳（锌）是负极，中间的碳棒是正极，在碳棒的周围是细密的石墨和去极化剂MnO2的混合物，在混合物周围再装入以NH4Cl溶液浸润ZnCl2，NH4Cl和淀粉或其他填充物（制成糊状物）。

为了避免水的蒸发，干电池用蜡封好。

干电池在使用时的电极反应

负极：

Zn—2e—＝Zn2+

正极：

2NH4++2e—+2MnO2=2NH3+Mn2O3+H2O

总反应：

Zn+2MnO2+2NH4+=Mn2O3+2NH3+Zn2++H2O　

（2）碱性锌锰干电池

负极：

Zn＋2OH——2e—＝Zn（OH）2

　　正极：

2MnO2＋2H2O＋2e—＝2MnOOH＋2OH—

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnOOH＋Zn（OH）2

（3）银一锌电池

　　电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称。

它们的电极材料是Ag2O和Zn，所以叫银一锌电池。

电极反应和电池反应是：

负极：

Zn＋2OH－—2e—＝Zn（OH）2

　　正极：

Ag2O＋H2O＋2e—＝2Ag＋2OH－

　　总反应：

Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn（OH）2＋2Ag

利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点。

这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面。

（4）锂－二氧化锰非水电解质电池

以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜，电极反应为：

负极反应：

Li—e－＝Li＋

正极反应：

MnO2＋Li＋＋e－＝LiMnO2

　　总反应：

Li＋MnO2＝LiMnO2

　　该种电池的电动势为2.69V，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维持其能力的90％，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等。

（5）铝-空气-海水电池

1991年，我国首例以铝——空气——海水为材料组成的新型电池用作航海标志灯。

该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。

工作原理：

负极：

4Al—12e－==4Al3+

正极：

3O2+6H2O+12e－==12OH－

总反应：

4Al+3O2+6H2O==4Al（OH）3

特点：

这种海水电池的能量比“干电池”高20—50倍。

（6）高能电池—锂电池

该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。

由于锂的相对原子质量很小，所以比

容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）。

因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。

如作心脏起搏器的锂—碘电池的电极反应式为：

负极：

2Li－2e-==2Li+正极：

I2+2e-==2I-总反应式为：

2Li+I2==2LiI

锂电池

（二）二次电池

二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。

这类电池可以多次重复使用。

（1）铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电介质是H2SO4.

铅蓄电池放电的电极反应如下：

　　负极：

Pb（s）＋SO42－（aq）－2e－＝PbSO4（s）（氧化反应）

　　正极：

PbO2（s）＋SO42－（aq）十4H＋（aq）＋2e－＝PbSO4（s）＋2H2O（l）（还原反应）

总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）＝2PbSO4（s）十2H2O（l）

铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：

阴极：

PbSO4（s）＋2e－＝Pb（s）＋SO42－（aq）（还原反应）

阳极：

PbSO4（s）＋2H2O（l）－2e－＝PbO2（s）＋SO42－（aq）十4H＋（aq）（氧化反应）

总反应：

2PbSO4（s）十2H2O（l）＝Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）2PbSO4（s）十2H2O（l）

（2）碱性镍—镉电池：

该电池以Cd和NiO（OH）作电极材料，NaOH作电解质溶液。

负极：

Cd+2OH-－2e-=Cd（OH）2

正极：

2NiO（OH）+2H2O+2e-=2Ni（OH）2+2OH-

总反应式为：

Cd+2NiO（OH）+2H2O=Cd（OH）2+2Ni（OH）2

从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低。

而镍—镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化。

（3）氢镍可充电池：

该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电500次，可以取代会产生镉污染的镍—镉电池。

负极：

H2+2OH-－2e-=2H2O

正极：

2NiO（OH）+2H2O+2e-=2Ni（OH）2+2OH-

总反应式为：

H2+2NiO（OH）=2Ni（OH）2

（三）燃料电池

又称连续电池：

一般以天然燃料或其它可燃物质如H2、CH4等作为负极反应物质，以O2作为正极反应物质而形成的。

燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一。

（1）氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用40%的KOH溶液作电解质溶液。

其电极反应式为：

负极：

2H2+4OH-－4e-=4H2O正极：

O2+2H2O+4e-=4OH-总反应式为：

2H2+O2=2H2O

（2）甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液。

负极：

CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O

正极：

2O2+4H2O+8e-=8OH-

总反应式为：

CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

（3）甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍。

负极：

2CH4O+16OH-－12e-=2CO32-+12H2O

正极：

3O2+6H2O+12e-=12OH-

总反应式为：

2CH4O+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O

（4）固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆—