化学反应顺序探析

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  化学学习中,常会遇到一种物质与几种物质相遇而且都能反应的情况,这时判断反应的先后顺序往往就成了解决此类问题的关键。先后顺序不清,就会把简单的问题复杂化,甚至得出错误结论。下面我把自己教学中遇到的需要判断反应先后的问题作以简单的分析归纳。
  一、氧化还原型离子反应先后顺序
  氧化还原遵循“先后律”进行反应,即同一氧化剂遇到不同还原剂,还原性强的物质优先反应。反之,同一还原剂遇到不同氧化剂,氧化性强的物质优先反应。
  例:已知Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+,Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+。现把等物质的量的CuSO4、FeCl3和Zn置于水中充分反应,溶液中所得离子除SO42-和Cl-外还含有( )
  A.Zn2+、Cu、Fe3+ B.Zn、Cu2+、Fe3+
  C.Zn2+、Cu2+、Fe、Fe2+ D.Zn2+、Cu2+、Fe2+
  解析:题设离子的氧化性强弱顺序为Fe3+﹥Cu2+﹥Fe2+,与等物质的量Zn发生下列先后顺序的离子反应:
  ①Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+②Zn+Cu2+=Zn2++Cu
  ③Zn+Fe2+=Zn2++Fe
  设CuSO4、FeCl3和Zn的物质的量均为1mol,则与Fe3+反应的Zn的物质的量为0.5mol,另0.5mol Zn与0.5mol Cu2+反应,余下0.5mol Cu2+,故溶液中含有的金属阳离子为Fe2+、Zn2+、Cu2+。正确答案为D。
  二、复分解型离子反应先后顺序
  复分解型离子反应的先后原则为:生成的电解质越弱越优先反应,同理,生成的沉淀溶解度越小,越优先反应,但有时也要考虑离子共存(例如双水解)的影响。
  例:在含有NH4+、Al3+、H+、Mg2+溶液中逐滴滴入NaOH,依次写出各步离子方程式。
  解析:根据离子反应条件,上述离子均能与OH-反应生成难电离的物质及沉淀而反应。但有先后问题,由于H2O是高中化学所学最弱的电解质(且H+与Mg(OH)2及Al(OH)3不共存),故H+优先于其他离子与OH-反应,Mg2+与Al3+优先于NH4+反应,因为更难电离或者可解释为NH4+生成的NH3·H2O又可与Mg2+及Al3+反应后变成NH4+, 由于Al(OH)3更弱更难溶, 所以Al3+优先于Mg2+反应,此时除了剩下的NH4+可与OH-反应外,还有生成的Al(OH)3也可与OH-反应,哪一个优先反应呢?可借助双水解判断。假设 Al(OH)3 先反应,则生成的AlO2-与NH4+又发生水解而不能共存,重新生成Al(OH)3及NH3·H2O, 所以NH4+先反应。故先后发生的离子反应依次为:
  ①H++ OH-=H2O ②Al3++3 OH-=Al(OH)3↓
  ③Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓
  ④NH4++ OH-=NH3·H2O
  ⑤Al(OH)3+ OH-=AlO2-+2H2O
  感悟:在復杂的复分解反应体系中,生成物质越稳定的越先反应,根据我的经验,一般酸碱中和反应最先进行,然后是生成沉淀的反应,生成沉淀的溶解性越小又越容易生成,最后是生成可溶性的弱酸或弱碱的反应。还有一种办法:如果3种物质,先假设2种反应,再看产物和第3种是否能反应,能反应就是开始的两种物质后反应,第3种物质和前两种的一种先反应。只要满足产物能和没反应的共存就可以了。既“先生成必稳定”。沉淀反应可根据Ksp判断优先反应(Ksp小的),因为Ksp大的沉淀能继续生成更稳定的Ksp小的沉淀。
  三、碱金属化合物中常见的反应先后顺序
  例:Na2O2粉末与过量NaHCO3于密闭容器中高温加热,充分反应后排出生成气体,则剩余的固体为:
  A. Na2CO3 B.NaOH
  C. Na2CO3与NaOH D.NaHCO3
  解析:NaHCO3热稳定性差,在密闭容器中加热可分解,2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2,无NaHCO3剩余,D错误,但生成的H2O及CO2都与Na2O2反应:
  2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
  固体产物有可能是NaOH及Na2CO3,但由于Na2O2不足量,所以须讨论CO2、H2O与Na2O2是同时反应,还是先后反应,若同时反应或H2O先反应,则答案为C:若CO2先反应,则答案为A,下面就来解决反应顺序问题。直接认为先是Na2O2和CO2反应,如果Na2O2有剩余,再考虑和H2O的反应。理由:设H2O先反应,则生成的NaOH又会与CO2反应,再生成水,结果相当于CO2优先反应,H2O后反应。故该题答案只能A,因为CO2过量,H2O无机会反应。
  感悟:碱金属化合物中涉及到的这两类先后问题,实际上可能并无真正的先后,只是理论计算上的一种需要。因此,对于某些化学过程,可以根据理论计算的要求人为的定出先后(根据反应总结果),方便计算。
  学习过程中,我还遇到很多需要判断反应先后的问题,只要搞清楚反应原理,并善于思考,这些问题大都能迎刃而解。
  作者单位 西安市第七十中学
  编辑 张晓楠
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