初高中化学衔接22探索化学变化的奥秘

初高中化学衔接22探索化学变化的奥秘

1 初高中化学衔接——探索化学变化的奥秘 知识结构 一、四种基本反应类型 按照反应物与生成物的类别与种数的多少，化学反应可分为四种基本反应类型：化合反 应、分解反应、置换反应、复分解反应。 类 别 化合反应 分解反应 置换反应 复分解反应 定 义 由 两 种 或 两种以上物质 生成一种物质 的反应。 由 一 种 物 质生成两种或 两种以上物质 的反应。 由 一 种 单 质 跟 一种化合物反应生 成另一种单质和另 一种化合物的反应。 由两种化合物互相 交换成分，生成另外两 种化合物的反应。 特 征 多变一 一变多 ① 反应物、生 成物均为两种物质： 一种单质一种化合 物。 ② 反 应 完 毕 后，单质转化为化合 物，化合物中的某种 元素转化为单质（化 合态→游离态） ① 反应物、生成物 均为两种化合物。 ② 反应物中两种 化合物相互交换成分能 否成功，要看是否有沉 淀，气体或水生成，满 足三者之一反应即可发 生，否则不行。 表 2 达式 注意 ①不是所有无机化学反应都归属于四种基本反应类型，如下列反应就不属于四种反应 类型中的任何一种： CO2＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋H2O CO＋CuO Cu＋CO2 ②要从反应物和生成物的组成全面分析某反应属于何种类型。如： 3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2 若只看到生成物中一种是单质，另一种是化合物，而没有分析反崐应物是两种化合 物，就会误认为是置换反应。 二、氧化反应与还原反应 1、氧化还原反应 得氧必然有物质失氧，因此氧化、还原反应总是同时发生的。（初中阶段我们将一个反 应从两个方面来看，实质为一，高中将就此深入展开讨论）称为氧化还原反应。其中得氧的 物质叫做还原剂，得氧后被氧化，其中所含的某种元素化合价必定升高；失氧的物质（也就 是提供氧的物质）叫做氧化剂，失氧后被还原，其所含的某种元素化合价必定降低。氧化还 原反应中氧化剂化合价降低的总数与还原剂中元素化合价升高的总数必然相等。以 反应为例： ：还原剂，有还原性，反应中得氧，被氧化，发 生氧化反应，H 元素化合价升高，得到氧化产物 CuO：氧化剂，有氧化性，反应中失氧，被还原，发生还原反应，Cu 元素化合价降低， 得到还原产物 Cu。 共升高 价， 共降低 2 价。 事实上，即使没有氧元素参加，同样可以发生氧化还原反应，有化合价升降的反应就是 氧化还原反应。 2、燃烧（剧烈氧化）与缓慢氧化 3 ⑴ 燃烧：燃烧是快速的氧化反应，燃烧是可燃物跟氧气发生的一种发光、发热、剧 烈的氧化反应。如果燃烧以极快的速率在有限的空间里发生，瞬间内累积大量的热，使气体 体积急剧地膨胀就会引起爆炸。 物质燃烧可分为完全燃烧和不完全燃烧。凡是物质燃烧后产生不能继续燃烧的新 物质，就叫做完全燃烧；凡是物质燃烧后，产生还能继续燃烧的新物质，就叫不完全燃 烧。 可燃物燃烧是必须同时满足两个条件：一是要有助燃剂如氧气参与；二是可燃物的温度 达到着火点（燃点，燃烧所需最低温度）。破坏了其中的一个条件：a.隔绝空气(氧气)； b.vi 降低温度到着火点以下；c.隔离可燃物，燃烧就不能发生，这样就达到了灭火的目的。 ⑵ 缓慢氧化：有些氧化反应进行得很慢，甚至不容易被察觉，这种氧化叫做缓慢 氧化。如动植物的呼吸作用，金属生锈、食物的腐烂，酒和醋的酿造，农家肥料的腐熟 等变化过程中都包含物质的缓慢氧化。缓慢氧化虽然不剧烈，不发光，但要放热，如果 热量不及时散失，导致可燃物温度升高引起自发燃烧，这种由缓慢氧化而引起的自发燃 烧叫自燃。 三、放热反应和吸热反应 1、放热反应：把有热量吸收的化学反应叫做吸热反应。 燃烧、中和、金属氧化、较活泼的金属与水惠或酸发生的置换反应、由不稳定物质 变为稳定物质的反应、极大多数的化合反应是放热反。 2、吸热反应：把有热量放出的化学反应叫做放热反应。 例如：C+H2O CO+H2 ；极大多数的分解反应为吸热反应， 如 2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑；碱与铵盐生成氨气的反应全是吸热反应， 注意： 吸热反应就是在化学变化中，需要不断吸收大量热量的反应。有些反应在开始时， 需要提供一定的条件，如加热、点燃等，一旦反应进行开了，去掉条件反应继续进行， 这样的反应是放热反应。 练习 1：下列反应属于吸热反应的是（ ） A．盐酸和氢氧化钠溶液之间的中和反应。 B．CO2+C 2CO C．金属镁燃烧：2Mg+O2 2MgO D．生石灰溶于水：CaO+H2O=Ca(OH)2 分析：酸碱中和、燃烧、多数的化合反应均为放热反应。故 A、C 一定不正确，CaO 高温 4 溶于水，放热，这是常识性知识。 答案：B 练习 2：下列物质加入水中显著放热的是（ ） A．固体氢氧化钠 B．生石灰 C．无水乙醇 D．固体硝酸铵 答案：A B 四、化学反应的表示方法 1、质量守恒定律：参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质 量总和。这个规律叫做质量守恒定律。 2、化学方程式：用化学式来表示物质化学反应的式子，叫做化学方程式。 ⑴ 化学方程式的写法 ①书写原则 a. 以客观反应事实为依据。 b、要遵循质量守恒定律，“等号”两边各种元素的原子数目必须相等。 ②书写步骤 下面以氯酸钾受热分解生成氯化钾和氧气的反应为例，说明书写化学方程式的一般步 骤。 a. 根据化学反应事实，在式子左边写出反应物的化学式，右边写出生成物的化学 式，中间连一条短线，如果反应物或生成物不止一种，就分别用“+”号把它们连接起来。 KClO3 － KCl + O2 【想一想】 观察上边这个式子，它是否符合质量守恒定律？为什么？ b. 配平化学方程式。为了使上式符合质量守恒定律，要在式子左、右两边的化学式前 面配上适当的化学计量数，使式子左、右两边每一种元素在的原子总数都相等。这个过程叫 做化学方程式的配平。常用的方法是最小公倍数法。例如，在上面的式子里，选择某化学式 中某原子数目最多的为突破口。左边 KClO3 中氧原子数是 3，右边 O2 中氧原子数是 2，两数 的最小公倍数是 6。因此，在 KClO3 前面配上化学计量数 2，在 O2 前面配上化学计量数 3。 2KClO3 － KCl + 3O2 再配平其它原子的数目上式左边的钾原子数是 2，氯原子数也是 2，因此，在右边 KCl 的前面要配上系数 2。 2KClO3 － 2KCl + 3O2 5 式子左、右两边各元素的原子数配平后，把短线改成等号“=” 得出。 2KClO3 = 2KCl + 3O2 c.注明反应条件和生成物的状态.。如果化学反应只有在特定条件下才能发生，需要在 化学方程式“等号”上方注明反应发生的条件。如点燃、加热（常用“△”表示）、高温、 通电、催化剂等。当反应需要的特定条件多于一种时，一般将加热条件标写在等号下边。如 果反应物中没有气体，而生成物中有气体，则在气体物质化学式后边加注“↑”；如果反应 是在溶液里进行，反应物中无固体，而生成物中有固体（沉淀），则在固体物质化学式后边 加注“↓”。 2KClO3 2KCl + 3O2↑ d. 最后检查。 ⑵配平化学方程式的方法 配平化学方程式的方法很多，现在再介绍几种比较简单、常用的方法。 ①奇数偶数法 例如 C2H2 + O2 — CO2 + H2O 如果左右两边某种元素的原子个数一边为奇数，一边为偶数，则先将奇数变为偶数，然 后依次配平其余各项。先在水分子前配系数 2，然后依次配平。 2C2H2 +5O2 4 CO2 +2 H2O ② 观察法 例如 Fe2O3 + CO — Fe + CO2 通过观察 CO 和 CO2 的系数相同，一个 CO 变为一个 CO2，需一个氧原子，Fe2O3 可提供 3 个氧原子，所以得出 Fe2O3 + 3CO 2Fe +3 CO2 ⑶化学方程式的涵义 化学方程式体现了①质的变化，说明反应情况，反应的条件；②量的关系，表明反应物 和生成物之间的微粒数目比、质量比和体积比（气体反应）。 例如，以 2H2+O2 2H2O 为例说明由化学方程式获得的信息： ①表明了氢气和氧气在点燃的条件下反应生成水； ②表示每 4 份质量的氢气与 32 份质量的氧气完全反应生成 36 份质量的水； ③表示每 2 个氢分子与 1 个氧分子反应生成两个水分子； ④参加反应的氢气和氧气的质量总和等于反应后生成的水的质量。 ⑷化学方程式的读法： 以 2H2O 2H2↑+O2↑ 为例，读作水通电分解生成了氢气和氧气。 MnO2 △ 6 3、电离方程式：表示酸、碱、盐等电解质在溶液中或熔融状态下电离成自由移动的离 子的式子。（注意强电解质的电离用“=”，表示全部电离；弱电解质的电离用“ ”， 表示其部分电离并存在电离平衡。） 例如：HCl = H＋+ Cl― ； H2SO4 = 2H＋ + SO4 2― ； Mn (OH) 2 = Mn 2＋ + 2OH― H2CO3 H＋ + HCO3 ― ， HCO3 ― H＋+ CO3 2― CH3COOH CH3COO― + H＋ 4、定量认识化学变化 化学方程式不仅表示什么物质参加反应，反应后生成什么物质，还表示反应物、生成物 各物质之间的质量比。因此，可以根据化学方程式计算用一定量的原料最多可生产出多少产 品；制备一定量的产品最少需要多少原料等。通过计算，可以加强实验和生产的计划性，合 理地利用资源。 【典型例题】 【例题 1】 某同学说，根据质量守恒定律，2 克氢气跟 8 克氧气起反应，一定生成 10 克水。他的说法对吗？为什么？ 解析：质量守恒定律是指参加反应的各物质的质量总和等于生成的各物质的质量总和。 水中氢元素和氧元素的质量比为 1：8，1 克氢气只能与 8 克氧气起反应生成 9 克水，2 克氢 气中有 1 克氢气没有参加反应，这 1 克氢气是剩余物。 答案：该学生的说法是错误的，应生成 9 克水，有 1 克氢气未参加反应。 【例题 2】 将 A 物质 10 克、B 物质 20 克混合加热至高温，反应后剩余 A 物质 4 克， 剩余 B 物质 2 克，同时生成 C 物质 22 克，D 物质若干克。则 D 的质量为____克；参加反应 的各物质和生成的各物质之间的质量比 A：B：C：D 为_________；如果 A、B、C、D 的相对 分子质量分别为 12、18、44、2，则化学方程式为_____。 解析：根据题意，参加反应的 A 物质的质量为（10-4）=6 克，参加反应的 B 物质的质 量为（20-2）克=18 克，根据质量守恒定律生成 D 的质量为 2 克。质量比为 3：9：11：1， 质量除相对分子质量是个数比为 1：2：1：2。 答案：为 2 克，3：9：11：1，A+2B C+2D。 【例题 3】 将 A 克氯酸钾与 B 克二氧化锰的混合物加热到质量不再减少时为止，得到 剩余固体 C 克，则反应生成氧气的质量是______克，同时会生成_______克氯化钾。 7 解析：氯酸钾在二氧化锰催化剂及加热的条件下反应生成氯化钾和氧气。根据催化剂的 概念，二氧化锰的化学性质和质量在反应前后保持不变。根据质量守恒定律，参加反应的氯 酸钾的质量等于生成的氯化钾和氧气的质量之和。剩余固体 C 克为氯化钾和二氧化锰（仍为 B 克）的混合物，其中氯化钾的质量为（C-B）克。生成氧气的质量为 A 克-（C-B）克=（A+B-C） 克。 答案：（A+B-C）克，（C-B）克。 【例题 4】下列化学方程式正确的是 A. Mg + O2 MgO2 B. Zn + H2SO4====ZnSO4 + H2↑ C. H2↑+ O2↑ H2O D. 2P2O5 4P+ 5O2 解析：判断一个化学方程式是否正确，应从以下几个方面考虑 ①反应能否发生。例如 D 不能发生。 ②反应物和生成物化学式是否正确。例如 A 中氧化镁的化学式是错误的。 ③化学方程式是否配平。例如 C 未配平。 ④反应条件是否注明，符号↑↓使用是否恰当。例如 C 中有错误。 答案：为 B。 【例题 5】 宇宙飞船内，用含氢氧化锂的过滤网除去宇航员呼出的二氧化碳，该反应 的化学方程式为 。则 X 的化学式为（ ） A. B. C. D. 答案：B 【例题 6】航天飞机曾用金属铝粉和高氯酸铵（NH4ClO4）混合物作为固体燃料。加热铝 粉使其被氧气氧化，放出大量的热，促使混合物中高氯酸铵受热分解，同时生成四种气体： 二种气体是空气中的主要成分，一种气体是氯气，还有一种气体是化合物（常温下是液态）， 因而产生巨大的推动力。试写出其中涉及反应的化学方程式：（1）铝粉被氧气氧化______， （2）高氯酸铵受热分解__________。 答案： （1） （2） 8 【基础练习】 1. 下列现象不能用质量守恒定律解释的是（ ） A. 蜡烛燃烧时慢慢变短 B. 樟脑 丸在衣箱中逐渐变小 C. 镁带燃烧后固体质量变大 D. 澄清石灰水 变重 2. 某纯净物 A 加热分解为 NH3、H2O、CO2，根据这个实验不能得出（ ） A. A 由 四 种 元 素 组 成 B. A 是化合物 C. A 中 含 有 水 D. A 不稳定 3. 在化学反应 A+B C 中，3gA 跟足量的 B 充分反应，生成 11gC，则参加反应的 B 的质量是（ ） A. 3g B. 5g C. 8g D. 11g 4. 在化学反应前后，总数可能改变的粒子是（ ） A. 质 子 B. 原 子 C. 电 子 D. 分子 5. 下列关于化学方程式的叙述正确的是（ ） A. 反应前后分子个数相等 B. 反应前后各物质的相对分子质量相等 C. 反应前后体积相等 D. 反应物和生成物的总质量相等 6. 镁在氧气中反应生成氧化镁。如果生成氧化镁 10g，则参加反应的镁与氧气的质量 比是（ ） A. 1 ： 4 B. 2 ： 3 C. 3 ： 2 D. 4：1 9 7. 相同质量的下列物质分别和足量的氧气反应，消耗氧气最多的是（ ） A. 氢 气 B. 磷 C. 镁 D. 硫 8. 根据质量守恒定律，推断 X 的化学式（ ） 2Cu(NO3)2 2CuO + O2↑+4X↑ A. NO2 B. N2O5 C. N2O D. NO 9. 在托盘天平两端各加入相同质量、相同质量分数足量的盐酸，天平平衡。现在向左 边烧杯中加入 3.6g 铝粉，为了使天平保持平衡，右边应加入锌粉的质量为（ ） A. 3.6g B. 3.3g C. 3.2g D. 13g 10. 在 A+2B=2C 的反应中，m gA 与 10gB 完全反应，生成 C，则 C 的质量为（ ） A. (m+10)g B. (m+10)/2g C. (m+5)g D. (m+5)/2g 11. ___________ 的 各 物 质 的 质 量 _________ ， 等 于 反 应 后 生 成 的 各 物 质 的 _________________，这个规律叫做____________________。这是因为一切化学反应前后 ____________没有改变，____________没有增减，_____________也没有变化。 12. 在反应 Mg+2HCl=MgCl2+H2↑中，__________份质量的镁跟_________份质量的氯化 氢反应，生成__________份质量的氯化镁和_________份质量的氢气。 13. 配平下列化学方程式。 Fe2O3+ CO Fe+ CO2 CH4+ O2 H2O+ CO2 14. 按要求书写化学方程式。 （1）有氧气参加的化合反应________________________________________。 （2）有氧气生成的分解反应________________________________________。 15. 由 A、B、C 三种物质各 10g 组成的混合物，加热使其充分反应，反应后的物质中有 15gC，7g 新物质 D 和若干克 A，则 A 与 B 反应的质量比是_______。 10 16. 硫化氢（H2S）的实验室制法是：用块状的硫化亚铁跟稀硫酸混合，就会产生硫化 氢气体和硫酸亚铁，硫化氢是一种无色又有臭鸡蛋味的气体，它的密度是 1.52g/L（空气的 密度是 1.29g/L），能溶于水，可形成氢硫酸。在空气中可以点燃，生成二氧化硫和水。试 回答： （1）硫化氢气体具有臭鸡蛋气味，这属于硫化氢的__________性质。 （2）制取硫化氢的发生装置与制取_____________(填氧气或者二氧化碳)的装置相同。 （3）在收集硫化氢气体时，可采用__________________________法。 （4）配平硫化氢气体燃烧的化学方程式： H2S + O2 H2O+ SO2 （5）写出制取硫化氢气体的化学方程式： ___________________________________________________________。 17. 用 6.5g 锌与过量稀硫酸(H2SO4)反应制取氢气，反应中消耗硫酸质量为多少？ 【基础练习答案】 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B C C D D C A A D A 11. 参加化学反应 总和 质量总和 质量守恒定律 原子种类 原子数 目 原子质量 12. 每 24 73 95 2 13. 1 3 2 3 / 1 2 2 1 14. （1）C+O2 CO2 （2）2H2O2 2H2O+O2↑ 15. 1：5 16. （1）物理 （2）二氧化碳 （3）向上排空气 （4）2 3 2 2 （5）FeS+H2SO4 =H2S↑+FeSO4 17. 9.8g