2020年中考化学辅导：无机化学反应一般原理

　　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。中学阶段，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1 700 ℃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强热(=====)Na2SiO3+H2O

 

　　2KOH+SiO2强热(=====)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

 

　　在中学阶段，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强热(=====)CaO+H2O

 

　　Mg(OH)2加热(=====)MgO+H2O

 

　　Cu(OH)2热水(=====)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+H2O===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

 

　　H2SO3=====SO2+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。