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高中化学元素化合物知识的核心是研究物质的变化及其规律,化学方程式或离子方程式的是物质发生化学变化的具体体现,而化学变化的种类繁多,如何正确书写化学方程式或离子方程式成为高中化学教学和学生学习的重点和难点,本文从化学反应原理角度来揭示化学反应的规律、理解化学反应的本质,不仅能帮助学生正确书写化学方程式或离子方程式,还能促进学生化学反应知识的系统化和结构化。从个及类的思维发散和从类到个的思维的收敛,能帮助学生发展逻辑推理能力,提高学生的科学素养,培养学生科学探究能力。
1.化学反应的表示方法
化学方程式是化学反应的具体表现形式,高中化学对物质的研究从定性到定量,化学方程式揭示了化学反应的本质规律,不仅反映物质的变化还反映量的变化,化学方程式中的“=”体现了质量守恒和原子守恒。正确书写化学方程方程式,须正确理解化学方程式中几个符号的含义。
1.1.化学方程式中几个符号的含义
化学方程式中“→”“=”“”三个符号都表示变化、生成之意。对有机反应由于副反应的较多,通常不用“=”用“→”表示。从反应进行的程度大小将化学反应分为完全反应和可逆反应。完全反应用“=”来表示,可逆反应用“”来表示。
对完全反应正反应若自发反应,则逆反应为非自发反应。对可逆反应,正反应是自发反应,其逆反应也可能是自发反应。
1.2.化学方程式中“↑”“↓”表示的含义
化学方程式中“↑”符号表示在水溶液中有气体生成,但如银镜反应:CH3CHO+2Ag(NH3)2OH CH3COONH4+2Ag↓+H2O+3NH3,虽有气体NH3生成,仍不写“↑”符号,因为反应中生成的NH3量很少且NH3极易溶于水,实验中没有看见气体放出不写“↑”符号,所以“↑”符号表示的是在水溶液中看见有气体放出的反应。
2.化学反应的条件对反应产物影响的探究
从能量角度分析,化学反应过程是反应物分子中旧的化学键的断裂和生成物分子中新的化学健的形成过程,反应物分子中旧的化学键的断裂须吸收能量,所以,化学反应的发生往往需要一定的条件才能进行,条件不具备反应不能发生。
2.1.温度的不同可能导致反应能否进行或产物不同
反应的温度条件分点燃、加热和高温,点燃表示反应开始瞬间的加热;加热表示整个反应过程中持续的提供能量,一般是指5000C~6000C的温度,用“Δ”符号表示;高温是指10000C以上的温度。
2.2.溶液的酸碱性不同可能导致反应能否进行或产物不同
一般含氧酸盐作氧化剂,在酸性条件下氧化性比在中性及碱性环境中强。如SO32-与S2-,ClO3-与Cl-在碱性条件下能共存,而在酸性条件下均反应:2S2-+SO32-+6H+=3S↓+3H2O,5Cl-+ClO3-+6H+=3Cl2↑+3H2O,Fe2+与NO3-能共存,但当酸化后即可反应:3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+H2O
3.对化学反应规律的本质的探究
3.1.对氧化还原反应规律本质的探究
氧化还原反应遵循较强的氧化性物质与较强的还原性物质反应生成较弱还原性的还原产物和较弱氧化性的氧化产物的规律,其关系为:
即氧化剂的氧化性>氧化产物的氧化性;还原剂的还原性>还原产物的还原性。
3.1.1强氧化性物质制取弱氧化性物质
非金属性强制非金属性弱:
Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2(位在前面的卤素单质可将卤离子从化合物中置换出来)
Cl2+H2S=2HCl+S↓(非金属性强制非金属性弱的非金属)
O2+2H2S=2H2O+2S↓
2Cl2+2H2O4HCl+O2(不同族非金属间的置换反应)
3Cl2+8NH3=N2+6NH4Cl(NH3与O2、CuO、NO2等反应也能生成N2)
3Cl2+2NH4++8OH-=N2↑+6Cl-+8H2O(可看成NH4+先与OH-反应生成NH3,NH3再与Cl2反应生成N2)
3.1.2.强还原性物质制取弱还原性物质
Fe+CuSO4Cu+FeSO4(金属性强制金属性弱的金属)
Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2
2Al+Fe2O32Fe+Al2O3(铝热反应,用于制取比铝弱的金属)
2Mg+CO22MgO+C(金属制非金属)
4Al+3SiO22Al2O3+3Si 4Cu+2NO24CuO+N2
4Na+3CO22Na2CO3+C(先生成Na2O,再发生:Na2O+CO2=Na2CO3)
3.2优先反应原理
3.2.1.优先氧化原理
若某一溶液中同时含有多种还原性物质,加入一种氧化剂时,则还原性强的物质优先被氧化。例如,在FeBr2溶液中通入Cl2,因为还原性Fe2+>Br-,所以Fe2+優先Br-被氧化。
当氯水足量时:2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+6Cl-
当氯水少量时:2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
当FeBr2与Cl2物质的量为1:1时:2Fe2++2Br-+2Cl2=2Fe3++Br2+4Cl-
3.2.2.优先还原原理
若某一溶液中同时含有多种氧化性物质,加入一种还原剂时,则氧化性强的物质优先被还原。例如在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.0lmol的酸性混合溶液中逐渐加入过量的铁粉,经搅拌后发生的变化过程:先发生:2Ag++Fe=2Ag+Fe2+,再发生:2Fe3++Fe=3Fe2+,2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,最后发生:Fe+2H+=Fe2++H2↑,因为氧化性Ag+>Fe3+>Cu2+>H+,Ag+优先被还原,其次是Fe3+、Cu2+、H+依次被还原。
综上所述,化学变化是绝对的,有规律的,“化学反应原理”揭示了化学反应的本质规律。从化学反应原理理解化学方程式的书写和有关应用能促进学生的化学反应知识系统化、结构化,能帮助学生发展逻辑推理能力,提高学生的科学素养,培养学生科学探究能力。
1.化学反应的表示方法
化学方程式是化学反应的具体表现形式,高中化学对物质的研究从定性到定量,化学方程式揭示了化学反应的本质规律,不仅反映物质的变化还反映量的变化,化学方程式中的“=”体现了质量守恒和原子守恒。正确书写化学方程方程式,须正确理解化学方程式中几个符号的含义。
1.1.化学方程式中几个符号的含义
化学方程式中“→”“=”“”三个符号都表示变化、生成之意。对有机反应由于副反应的较多,通常不用“=”用“→”表示。从反应进行的程度大小将化学反应分为完全反应和可逆反应。完全反应用“=”来表示,可逆反应用“”来表示。
对完全反应正反应若自发反应,则逆反应为非自发反应。对可逆反应,正反应是自发反应,其逆反应也可能是自发反应。
1.2.化学方程式中“↑”“↓”表示的含义
化学方程式中“↑”符号表示在水溶液中有气体生成,但如银镜反应:CH3CHO+2Ag(NH3)2OH CH3COONH4+2Ag↓+H2O+3NH3,虽有气体NH3生成,仍不写“↑”符号,因为反应中生成的NH3量很少且NH3极易溶于水,实验中没有看见气体放出不写“↑”符号,所以“↑”符号表示的是在水溶液中看见有气体放出的反应。
2.化学反应的条件对反应产物影响的探究
从能量角度分析,化学反应过程是反应物分子中旧的化学键的断裂和生成物分子中新的化学健的形成过程,反应物分子中旧的化学键的断裂须吸收能量,所以,化学反应的发生往往需要一定的条件才能进行,条件不具备反应不能发生。
2.1.温度的不同可能导致反应能否进行或产物不同
反应的温度条件分点燃、加热和高温,点燃表示反应开始瞬间的加热;加热表示整个反应过程中持续的提供能量,一般是指5000C~6000C的温度,用“Δ”符号表示;高温是指10000C以上的温度。
2.2.溶液的酸碱性不同可能导致反应能否进行或产物不同
一般含氧酸盐作氧化剂,在酸性条件下氧化性比在中性及碱性环境中强。如SO32-与S2-,ClO3-与Cl-在碱性条件下能共存,而在酸性条件下均反应:2S2-+SO32-+6H+=3S↓+3H2O,5Cl-+ClO3-+6H+=3Cl2↑+3H2O,Fe2+与NO3-能共存,但当酸化后即可反应:3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+H2O
3.对化学反应规律的本质的探究
3.1.对氧化还原反应规律本质的探究
氧化还原反应遵循较强的氧化性物质与较强的还原性物质反应生成较弱还原性的还原产物和较弱氧化性的氧化产物的规律,其关系为:
即氧化剂的氧化性>氧化产物的氧化性;还原剂的还原性>还原产物的还原性。
3.1.1强氧化性物质制取弱氧化性物质
非金属性强制非金属性弱:
Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2(位在前面的卤素单质可将卤离子从化合物中置换出来)
Cl2+H2S=2HCl+S↓(非金属性强制非金属性弱的非金属)
O2+2H2S=2H2O+2S↓
2Cl2+2H2O4HCl+O2(不同族非金属间的置换反应)
3Cl2+8NH3=N2+6NH4Cl(NH3与O2、CuO、NO2等反应也能生成N2)
3Cl2+2NH4++8OH-=N2↑+6Cl-+8H2O(可看成NH4+先与OH-反应生成NH3,NH3再与Cl2反应生成N2)
3.1.2.强还原性物质制取弱还原性物质
Fe+CuSO4Cu+FeSO4(金属性强制金属性弱的金属)
Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2
2Al+Fe2O32Fe+Al2O3(铝热反应,用于制取比铝弱的金属)
2Mg+CO22MgO+C(金属制非金属)
4Al+3SiO22Al2O3+3Si 4Cu+2NO24CuO+N2
4Na+3CO22Na2CO3+C(先生成Na2O,再发生:Na2O+CO2=Na2CO3)
3.2优先反应原理
3.2.1.优先氧化原理
若某一溶液中同时含有多种还原性物质,加入一种氧化剂时,则还原性强的物质优先被氧化。例如,在FeBr2溶液中通入Cl2,因为还原性Fe2+>Br-,所以Fe2+優先Br-被氧化。
当氯水足量时:2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+6Cl-
当氯水少量时:2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
当FeBr2与Cl2物质的量为1:1时:2Fe2++2Br-+2Cl2=2Fe3++Br2+4Cl-
3.2.2.优先还原原理
若某一溶液中同时含有多种氧化性物质,加入一种还原剂时,则氧化性强的物质优先被还原。例如在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.0lmol的酸性混合溶液中逐渐加入过量的铁粉,经搅拌后发生的变化过程:先发生:2Ag++Fe=2Ag+Fe2+,再发生:2Fe3++Fe=3Fe2+,2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,最后发生:Fe+2H+=Fe2++H2↑,因为氧化性Ag+>Fe3+>Cu2+>H+,Ag+优先被还原,其次是Fe3+、Cu2+、H+依次被还原。
综上所述,化学变化是绝对的,有规律的,“化学反应原理”揭示了化学反应的本质规律。从化学反应原理理解化学方程式的书写和有关应用能促进学生的化学反应知识系统化、结构化,能帮助学生发展逻辑推理能力,提高学生的科学素养,培养学生科学探究能力。