2017年中考化学辅导:无机化学反应一般原理

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2017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