无机化学反应一般原理.docx

1、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Na

2、OH、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：金属(包括游离的金属单质和合金)，非金属(非金属单质)，碱性物质(包括碱性氧化物和碱，基本上都是离子化合物)，酸性物质(包括酸性氧化物和酸，基本上都是共价化合物)，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。酸性物质和碱性物质

3、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。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。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

4、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

5、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。酸性氧化物和碱性氧化物生成含氧酸盐酸

6、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。Na2OCO2=Na2CO3(Na2O是碱性较强的物质，对应水化物为烧碱)CaOCO2=CaCO3(CaO是碱性较强的物质，对应水化物为熟石灰)CuOSO3=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1 700 左右，极高温度下也

7、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。CaOSiO2=CaSiO3FeOSiO2=FeSiO3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：Fe2O36HCl=2FeCl33H2OCuOH2SO4=CuSO4H2O醋酸这类较强的弱酸，也几乎能跟所有碱

8、性氧化物反应，如：Fe2O36CH3COOH=2(CH3COO)3Fe3H2O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：2NaOHCO2=Na2CO3H2O(Na2CO3读作碳酸钠)2NaOHSO2=Na2SO3H2O(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、

9、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。2NaOHSiO2Na2SiO3H2O2KOHSiO2K2SiO3H2O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NaOHCO2=NaHCO3(NaHCO3读作碳酸氢钠)NaOHSO2=NaHSO3(NaHSO3读作亚硫酸氢钠)试一试1.写出氨水(NH3H2O)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。酸跟碱的反应酸跟碱的反应

10、，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。NaOHHCl=NaClH2O NaOHHClO=NaClOH2O(HClO读次氯酸，为弱酸)NaOHCH3COOH=CH3COONaH2ONaOHHNO2=NaNO2H2O(HNO2读亚硝酸，为弱酸)2NaOHH2SO4=Na2SO42H2O 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

11、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

12、气泡不如碳酸钠剧烈。其反应方程式如下：Na2CO32HCl=2NaClCO2H2OBaCO32HCl=BaCl2CO2H2O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：2CH3COONaH2SO4=Na2SO42CH3COOH2NaClOH2SO4=Na2SO42HClO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，

13、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：CuSO4H2S=H2SO4CuS 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

14、中是否存在铁离子，其反应方程式是FeCl33NaOH=Fe(OH)33NaCl。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Na2CO3Ca(OH)2=CaCO32NaOH。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NH4ClNaOH=NaClNH3H2O。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

15、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“

16、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

17、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：Na2OH2O=2NaOHMgOH2O=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

18、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)2CaOH2OMg(OH)2MgOH2OCu(OH)2CuOH2O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：SO3H2O=H

19、2SO4SO2H2O H2SO3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SiO2Na2SiO3H2SiO3两步完成转化。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

20、；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。H2SiO3SiO2H2OH2SO3 SO2H2O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30 min)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AH2O2HClCuOBMgHClCuCl2NaOHCCa(OH)2CO2NaOHCuSO4DNa2CO3BaCl2HClCa(OH)22.下表中“”表示相连的物质间能发生反

21、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ABCD转化关系物质甲Ca(OH)2CFeNa2CO3乙HClO2HClCa(OH)2丙Na2CO3Fe2O3CaCl2BaCl2丁Ba(OH)2CONaOHH2SO43.下列各组物质的溶液，不能发生复分解反应的是()AHCl和Ca(OH)2 BNa2CO3和H2SO4CAgNO3和BaCl2 DKCl和CuSO44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()AH2SO4(SO3) BH2SiO3(S

22、iO2)CH3PO4(P2O5) DHNO3(NO2)6下列变化，不能通过一步反应实现的是()ANa2CO3NaOH BBaCl2Ba(OH)2CFeCl3Fe(OH)3 DCaCO3CaCl27下列物质间的反应能一步实现的是()ANa2ONaOH BSiO2H2SiO3CFeOFe(OH)2 DFeOFeCO38下列物质间的化学反应不属于复分解反应的是()ANa2O和HCl BSiO2和NaOHCBa(OH)2和H2SO4 DAgNO3和HCl9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abcAAl2O3Al(OH)3AlCl3BCuOCu(OH)2CuCl

23、2CSiO2Na2SiO3H2SiO3DCO2CuCO3Na2CO310.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2NaClH2SO4Na2SO42HCl，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1.2NH3H2OCO2=(NH4)2CO

24、3H2ONH3H2OCO2=NH4HCO3试一试2.H2SO4BaCl2=BaSO42HCl，NaClAgNO3=NaNO3AgCl。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3.2NaOHSiO2=Na2SiO3H2ONa2SiO32HCl=2NaClH2SiO3试一试4.2NaNO2H2SO4=N2O3Na2SO4H2O限时作业1C2.C3.D4AA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。5D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。6B7.A8BB选项中SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，该反应不是复分解反应，不符合复分解反应ABCD=ADCB的一般规律。9C10.A11制备流程是CuCuOCuCl2Cu(OH)2。相应的化学方程式：CuO2CuOCuO2HCl=CuCl2H2OCuCl22NaOH=Cu(OH)22NaCl12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。