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第四讲:常见无机化合物的化学性质(一)

来源:高中化学教学研究作者:张德金 点击:所属专题: 化学性质
常见化合物与单质的反应,在第二讲和第三讲已经讲过,本文只针对常见化合物之间的反应。 无机化合物一般细分为氧化物、酸、碱、盐、其它。它们的化学性质,主要从复分解反应(中和反应、强酸制弱酸、强碱制弱碱、生成难溶盐、一部分水解反应)、类似复分解反应(酸性氧化物

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常见化合物与单质的反应,在第二讲和第三讲已经讲过,本文只针对常见化合物之间的反应。

无机化合物一般细分为氧化物、酸、碱、盐、其它。它们的化学性质,主要从复分解反应(中和反应、强酸制弱酸、强碱制弱碱、生成难溶盐、一部分水解反应)、类似复分解反应(酸性氧化物与碱或盐的反应、一部分水解反应、非水溶液中的一些相似反应)、氧化还原反应、稳定性、特殊性等几个方面进行分析。

1、从复分解反应和类似复分解反应的角度考虑

复分解反应和类似复分解反应一般没有化合价的变化。

(1)氧化物、酸、碱、盐主要包括哪些物质?

①氧化物包括酸性氧化物,如CO2、SO2、SO3、N2O5、Cl2O、SiO2等。碱性氧化物,如K2O、Na2O、BaO、CaO、MgO、ZnO、FeO、Fe2O3、CuO等。两性氧化物,如Al2O3等。不成盐氧化物,如NO、NO2、CO、Fe3O4等。第四讲:常见无机化合物的化学性质(一)过氧化物、超氧化物,如Na2O2、H2O2等。

确认一种氧化物是酸性氧化物或碱性氧化物很简单。

只需要见过对应的酸或盐,找到含氧酸根,判断非氧的元素的价态,此价态对应的氧化物,就是酸性氧化物。

如KMnO4(高锰酸钾),对应的含氧酸根为MnO4,非氧的元素为Mn,对应的价态为+7,此价态对应的氧化物为Mn2O7,则Mn2O7是酸性氧化物,对应的酸为HMnO4(高锰酸)。

碱或盐的金属阳离子对应的价态的氧化物,就是碱性氧化物。

如盐NiCl2,阳离子为Ni2+,对应的价态的氧化物为NiO,则NiO是碱性氧化物,对应的碱为Ni(OH)2

②酸:常见的酸分为强酸HCl、H2SO4、HNO3,比H2CO3强的弱酸有H2SO3,弱酸H2CO3,比H2CO3弱的弱酸有H2S、HClO、H2SiO3。注意酸性的强弱比较,在强酸制弱酸和过量问题中会用到。

有些不常见的酸也可以用对应的常见盐推理得到。如NaNO2(第四讲:常见无机化合物的化学性质(一)亚硝酸钠)是常见的盐,对应的酸是HNO2

③碱:常见的碱分为强碱KOH、Ba(OH)2、NaOH、Ca(OH)2,弱碱NH3·H2O,比NH3·H2O更弱的弱碱Mg(OH)2、Al(OH)3、Zn(OH)2、Fe(OH)2、Fe(OH)3、Cu(OH)2。注意碱性的强弱比较,在强碱制弱碱和过量问题中会用到。

④盐:是指一类金属离子或铵根离子(NH4)与酸根离子(或非金属离子)结合的化合物。从形成盐的酸或碱的强弱上分为强酸盐、弱酸盐、强碱盐、弱碱盐。

(2)氧化物、酸、碱、盐发生的反应类型

①中和反应或类似中和反应。

反应格式为:酸(酸性氧化物、酸式盐)+碱(碱性氧化物、第四讲:常见无机化合物的化学性质(一)碱式盐)=盐+水(不一定有)

Ba(OH)2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O

Fe(OH)2+2HCl=FeCl2+2H2O

NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O

N2O5+2NaOH=2NaNO3+H2O

Fe2O3+6HNO3=Fe(NO3)3+3H2O

CO2+Na2O=Na2CO3

SO3+CaO=CaSO4

Al2O3为两性氧化物,Al(OH)3为两性氢氧化物。

Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O

Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O

NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O

弱酸的氧化物、弱酸与弱碱的氧化物、弱碱,一般不容易发生反应。如CO2与CuO、Cu(OH)2,在水溶液中不会反应生成CuCO3。Al2O3与SiO2、H2SiO3,在水溶液中不会反应生成Al2(SiO3)3。如Fe(OH)3和H2SiO3之间,也不会反应。

②强酸制弱酸

用强酸或较强的弱酸与弱酸盐反应制弱酸。或类似强酸制弱酸(类似强酸制弱酸是指用强酸的氧化物制弱酸的反应)。

反应格式为:强酸+弱酸盐=弱酸+强酸盐

H2SO3、H2CO3不稳定,生成它们时,常常是以SO2+H2O、CO2+H2O的形式书写。

FeS+2HCl=FeCl2+H2S↑

HCl+NaHSO3=NaCl+H2O SO2

CO2+H2O+Ca(ClO)2= CaCO3↓+2HClO

SO2+H2O+Na2SiO3= Na2SO3+H2SiO3

③强碱制弱碱

用强碱或较强的弱碱与弱碱盐反应制弱碱,或类似强碱制弱碱(类似强碱制弱碱是指用强碱的氧化物制弱碱的反应)。

反应格式为:强碱+弱碱盐=弱碱+强碱盐

氨水中的主要溶质为NH3·H2O,参加反应时,反应物写NH3·H2O。氨作为生成物时,若生成物的浓度低且不加热,生成物写NH3·H2O。若氨气生成物的浓度高且加热,生成物写NH3+H2O。

NaOH(浓)+NH4Cl=Δ= NH3↑+H2O+NaCl

氨水滴入AlCl3溶液中:3NH3·H2O+AlCl3=Al(OH)3↓+3NH4Cl

3NaOH+FeCl3=Fe(OH)3↓+3NaCl

Na2O+H2O+CuSO4=Cu(OH)2+Na2SO4

④生成难溶盐

高中增加的常见难溶盐有BaCO3、BaSO3、CaSO3、AgBr、AgI、CuS、Ag2S等。

BaCl2+Na2CO3=BaCO3↓+2NaCl

2AgNO3+Na2S=Ag2S↓+2NaNO3

SO3(g)+H2O+BaCl2=BaSO4↓+2HCl

Ca(OH)2(aq)+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH

⑤水解反应

水解反应的实质是H2O电离出的H和OH,分别与另外的反应物的负价态离子(原子团)和正价态的离子(原子团)结合,生成新物质的过程。

反应格式为:H2O+MX=MOH+HX

或H2O+AX+BY=AOH+HY+BX

越弱的酸的盐,或越弱的碱的盐,越容易发生水解反应。若水解的产物都很容易离开反应体系,则水解反应能进行得比较彻底。(水解的理论在《选修四》中会学到)

FeCl3+3H2O=Δ= Fe(OH)3(胶体或固体)+3HCl↑

3Na2S+2AlCl3+6H2O =2Al(OH)3↓+3H2S↑+6NaCl

3Na2CO3+Fe2(SO4)3+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑+3Na2SO4

CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2

Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3

3PCl3+3H2O= H3PO3+3HCl

⑥酸性氧化物或碱性氧化物与H2O生成酸、碱等。

SO3+H2O=H2SO4

Na2O+H2O=2NaOH

弱碱的氧化物、难溶于水的弱酸的氧化物,一般不与H2O反应生成对应的弱碱或弱酸。如CuO、SiO2都不会和水反应。

⑦还有一些在加热或高温条件下因为挥发性发生的反应。

难挥发性的酸可以和盐制挥发性酸。

H2SO4、H3PO4属于难挥发的酸。

H2SO4(浓)+2NaCl=Δ=Na2SO4+2HCl↑

H3PO4(浓)+NaBr=Δ=NaH2PO4+HBr↑

这类反应需要加热,对于不稳定的酸,不适合用这种方法来制取,如HNO3等。

还有制玻璃的一部分反应:

Al2O3+Na2CO3=高温=2NaAlO2+CO2

SiO2+CaCO3=高温=CaSiO3+CO2

第四讲:常见无机化合物的化学性质(一)

2、从氧化还原反应角度考虑

化合物在考虑它特别的氧化还原能力时,要定位到它的特殊元素。例如HNO3,如果要考虑它在水溶液中的氧化还原能力,只要去考虑n(+5)处于最高价,可能有特殊的氧化性就可以。因为在水溶液中H2O也含有HNO3中的H(+1)和O(-2)。若HNO3中的H和O有氧化还原能力,溶剂也会存在相似的氧化还原能力,那就不是只考虑溶质HNO3的特殊的氧化还原能力了。

化合物在考虑氧化还原能力时,还要注意一个问题时,价态相同的元素的氧化还原能力是相近的。如SO2、Na2SO3、NaHSO3的还原性是相似的。因为它们都有S(+4)。Na2S、NH4HS、H2S的还原性也是相似的。因为它们都有S(-2)。但有些价态的粒子的氧化能力还和环境有关,如水溶液中NO3只在酸式环境中有强氧化性,所以HNO3有强氧化性,NaNO3和稀H2SO4的混合液也有强氧化性,而NaNO3溶液没有强氧化性。

化合物在发生氧化还原反应时,产物的书写要遵循这样几个原则:

①不稳定的价态(不常见的价态)趋向于生成稳定的价态(常见的价态),价态越不稳定,氧化性或还原性越强。

②最高价态的物质显示为氧化性,最低价态的物质显示为还原性。

③若生成0价物质,写常见的单质。若生成正价物质,写常见的阳离子、含氧酸根、氧化物、第四讲:常见无机化合物的化学性质(一)卤化物等。若生成负价物质,写常见的单原子阴离子、氢化物等。

④同种元素的高价态与低价态反应,生成中间价态。

⑤若必须写不常见的价态或形态,那也不用犹豫。

如NO和NO2在一定条件下反应生成什么?N2O3

(1)在水溶液中常见氧化剂与还原剂的反应

下表是在水溶液中反应时常见的氧化剂、还原剂及对应的产物。离子表示对应的一系列含此离子的物质。表格大致上按能力大小的顺序排列。(由于能力还和浓度、环境有关,所以有时出现个别上的变化)

氧化剂

产物

氧化剂

产物

酸性MnO4

Mn2+

HClO/ClO

主要Cl

酸性Cr2O72

Cr3+

Cl2

Cl

浓HNO3

NO2

稀HNO3

NO

浓H2SO4

SO2

Br2

Br

H2O2

O2-

O2

O2-

Fe3+/Fe(OH)3/Fe2O3

Fe2+

I2

I

在水溶液中反应时的还原剂

还原剂

产物

还原剂

产物

金属

金属阳离子

H2S/HS/S2-

S

SO2/ HSO3/ SO32

SO42

I

I2

Fe2+/Fe(OH)2/FeO

Fe3+/Fe(OH)3

Br

Br2

H2O2

O2



Fe2O3+6HI=2FeI2+I2+3H2O

3Fe(OH)2+10HNO3(稀)= 3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O

5SO2+2KMnO4+2H2O=2MnSO4+K2SO4+2H2SO4

Na2SO3+NaClO=Na2SO3+NaCl

H2S+2FeCl3=S↓+2FeCl2+2HCl

SO2+2H2S=3S↓+2H2O

SO2+H2O2= H2SO4

氧化还原反应也有类似于复分解反应的规律,能力强的能把能力差的制出来。

如从氧化能力上来说,酸性溶液中的KMnO4比Cl2的强,KMnO4能将Cl2制出来。

16HCl(浓) +2KMnO4=2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O

从还原能力上来说,I比Br的强,I能将Br制出来。

2KI Br2=I2+KBr

(2)还有一些非水溶液体系下的氧化还原反应以及一些比较特殊但也隐含规律的反应。

3CO+Fe2O3=高温=3CO2+2Fe(一类重要的冶炼金属的反应)

4CO +2NO2=催化剂Δ=N2+4CO2

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O

2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O

3NO2+H2O= 2HNO3+NO

2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2

CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2↑(活泼金属氢化物与水的反应规律)

【练习】

1、写出下列氧化物的反应

K2O+H2O。Cl2O+H2O。SO2+CaO。N2O5+NaOH。Al2O3+Ba(OH)2SO2+Ca(OH)2ZnO+HNO3

Al2O3+CaCO3高温。FeO+HNO3(稀)。SO2+HNO3(稀)。CO+SnO2(二氧化锡)高温。NO2+CO。(生成无污染气体)

2、写出下列酸、碱、盐的反应

CH3COOH+Mg(OH)2Ba(OH)2+HClO。HNO3+Na2SiO3HCl+CaSO3H2SO4(浓)+ MgCl2加热。HI+Fe(OH)3HNO3(稀)+Fe(OH)2H2S+FeCl3NH3·H2O+FeCl3NaOH(稀)+(NH4)2CO3NaClO+Na2SO3FeCl3+Na2S。Ca(NO3)2+K2SO32AgNO3(NH4)2S。Na3N+H2O。K2S+Al2(SO4)3+H2O。K2CO3+FeCl3+H2O。NaH+H2O。SOCl2+H2O。

3、铅有两种氧化物PbO和PbO2,已知铅的+4价不稳定,有强氧化性,+2价稳定。写出下列方程式:

①PbO与稀HNO3发生复分解反应。

②PbO2和浓盐酸在加热的条件下产生黄绿色气体。

4、铬的化合物有+2、+3、+6三种价态,在以Cr2+(蓝色)、Cr(OH)2(棕褐色,难溶于水)、Cr3+(绿色)、Cr(OH)3(绿色,难溶于水)、Cr2O3(绿色,致密型晶体)、CrO42(黄色,在碱性溶液中存在)、Cr2O72(橙色,在酸性溶液中存在)、CrO3(暗红色)或沉淀的形式存在。写出下列反应:

①金属铬能慢慢地溶于稀硫酸,而生成蓝色溶液。                    

②将蓝色溶液中加入NaOH溶液,会得到棕褐色沉淀,并迅速变色。                                  

③将含稀硫酸的蓝色溶液与空气接触则慢慢变成绿色溶液。             

④将绿色溶液中加入NaOH溶液,会得到绿色沉淀。                  

⑤氢氧化铬,两性氢氧化物,溶于盐酸形成三价铬离子,溶于NaOH溶液生成亮绿色溶液,500℃完全分解成氧化铬绿。

                                                       

⑥若在③的绿色溶液中加入过量含NaOH的NaClO,则得到黄色溶液。               

⑦在铬另一种+6价的橙色钾盐溶液(含稀硫酸)中滴入盐酸,会产生黄绿色气体。                  

⑧暗红色CrO3经1100℃热分解,冷却,可得绿色晶体。                

⑨棕褐色Cr(OH)2有很强的还原性,在空气中受热会分解。                   

【练习答案】

1、写出下列氧化物的反应

K2O+H2O=2KOH

Cl2O+H2O=2HClO

SO2+CaO=CaSO3

N2O5+2NaOH=2NaNO3+H2O

Al2O3+Ba(OH)2=Ba(AlO2)2+H2O

SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O

ZnO+2HNO3=Zn(NO3)2+H2O

Al2O3+CaCO3=高温=Ca(AlO2)2+CO2

3FeO+10HNO3(稀)=3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O

3SO2+2HNO3(稀)+2H2O=3H2SO4+2NO

2CO+SnO2=高温=Sn+2CO2

2NO2+4CO=N2+4CO2

2、写出下列酸、碱、盐的反应

2CH3COOH+Mg(OH)2=(CH3COOH)2Mg+2H2O

Ba(OH)2+2HClO= Ba(ClO)2+2H2O

2HNO3+Na2SiO3=2KNO3+H2SiO3

2HCl+CaSO3=CaCl2+SO2↑+H2O

H2SO4(浓)+ MgCl2=加热= 2HCl↑+ MgSO4

6HI+2Fe(OH)3=I2+2FeI2+6H2O

10HNO3(稀)+3Fe(OH)2=NO↑+3Fe(NO3)3+8H2O

H2S+2FeCl3=S↓+2FeCl2+2HCl

3NH3·H2O+FeCl3=Fe(OH)3↓+3NH4Cl

2NaOH(稀)+(NH4)2CO3=Na2CO3+2NH3·H2O

NaClO+Na2SO3= NaCl +Na2SO4

Na2S+2FeCl3= S↓+2FeCl2+2NaCl

Ca(NO3)2+K2SO3=CaSO3↓+2KNO3

2AgNO3+(NH4)2S=Ag2S↓+2NH4NO3

Na3N+3H2O=3NaOH+2NH3

3K2S+Al2(SO4)3+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑+3K2SO4

3K2CO3+2FeCl3+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑+6KCl

NaH+H2O=NaOH+H2

SO2Cl2+2H2O= H2SO4+2HCl

3、①PbO+2HNO3=Pb(NO3)2+H2O

②PbO2+4HCl(浓)=Δ=PbCl2+Cl2↑+2H2O

4、①Cr+H2SO4=CrSO4+H2

②CrSO4+2NaOH=Cr(OH)2↓+Na2SO4

4Cr(OH)2+O2+2H2O=4Cr(OH)3

③4CrSO4+O2+2H2SO4=2Cr2(SO4)3+2H2O

④Cr2(SO4)3+6NaOH=2Cr(OH)3↓+3Na2SO4

⑤Cr(OH)3+3HCl= CrCl3+3H2O

Cr(OH)3+NaOH= NaCrO2+2H2O

2Cr(OH)3=500℃=Cr2O3+3H2O

⑥Cr2(SO4)3+3NaClO+10NaOH =2Na2CrO4+3NaCl+3Na2SO4+5H2O

⑦K2Cr2O7+14HCl=2CrCl3+2KCl+3Cl2↑+7H2O

⑧4CrO3=1100℃=2 Cr2O3+3O2

⑨4Cr(OH)2+O2=Δ=2 Cr2O3+4H2O

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