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四种基本化学反应类型

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作者:科普中国来源:科普中国

古诗有云“千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲,粉骨碎身浑不怕,要留清白在人间。”这首诗中蕴藏着源自于生活的化学反应,例如:CaCO3=CaO+CO2↑和CaO+H2O=Ca(OH)2,由此可见自古以来,人们就从生活中挖掘出了很多化学反应。这些反应的物质类别不同,有些反应物或者生成物的个数也不同,因此人们根据物质的类别和多少,把化学反应进行分类。一般分为四种基本反应类型:化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应。


化合反应简而言之即为“多变一”,意指由两种或两种以上的物质生成一种新物质的反应。典型例子有:单质+单质=化合物,例:3Fe+2O2=Fe3O4;单质+化合物=化合物,例:2CO+O2=2CO2;化合物+化合物=化合物,例:CaO+H2O=Ca(OH)2。


分解反应简而言之即为“一变多”,意是指一种化合物分解成二种或二种以上较简单的单质或化合物的反应。典型例子有:化合物=单质+单质,例:2H2O=2H2↑+O2↑;化合物==单质+化合物,例:2H2O2=2H2O+O2↑;化合物=化合物+化合物,例:CaCO3=CaO+CO2↑。

置换反应简而言之即为“单换单、价改变”。意指单质与化合物反应生成另外的单质和化合物的化学反应。典型的有金属与金属盐的反应,金属与酸的反应等,例如:Fe+CuSO4=Cu+FeSO4、Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑,除此之外,一些金属的冶炼也会用到置换反应,例如:H2+CuO=Cu+H2O。

复分解反应简而言之即为“化换化、价不变”。意指由两种化合物互相交换成分,生成另外两种化合物的反应,其实质是:发生复分解反应的两种物质在水溶液中相互交换离子,结合成难电离的物质——沉淀、气体、水,使溶液中离子浓度降低,化学反应即向着离子浓度降低的方向进行,可简记为AB+CD=AD+CB。典型反应有酸与碱、酸与盐、碱与盐、盐与盐等,例:HCl+NaOH=NaCl+H2O、CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑、Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH、NaCl+AgNO3=AgCl↓+NaNO3。


并不是所有的化学反应都可以分类在四种化学反应类型,有许多反应不属于这四种反应类型。例如:有机物与氧气的反应;一氧化碳还原金属氧化物生成金属单质和二氧化碳;非金属氧化物和碱生成盐和水;光合作用等。


在化学反应前后,物质所含元素化合价发生变化的反应称为氧化还原反应,氧化还原反应与化学反应基本类型间的关系如图所示:

当我们掌握了这四种基本反应类型,就可以按照实际需求去制取所需要的物质。除此之外,“绿色化学”是21世纪化学发展的主导方向,也是社会进步对化工生产,材料合成等方面提出的强烈要求,这就要求从根本上杜绝污染。它包括“原料绿色化”、“产品绿色化”等内容,其中“化学反应绿色化”要求物质中的所有原子完全被利用,全部转入期望的产品中,这就需要充分利用化合反应的思想。用理论以指导实践,是走创新科研,绿色兴国道路的重要思想风向标。


文章分类: 化学视野