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试谈化学反应之间的四种关系

来源:作者:罗云峰 点击:所属专题: 化学反应
在一个较为复杂的化学问题中,可能涉及多个化学反应,分析发生了哪些化学反应并理清这些反应之间的关系,是解决化学问题的关键。本文拟将中学化学问题中的这些关系归纳成四种类型,使相关的化学知识系统化,供大家参考。 ?? 一、连续关系 ??如果两种物质发生反应,其生

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   在一个较为复杂的化学问题中,可能涉及多个化学反应,分析发生了哪些化学反应并理清这些反应之间的关系,是解决化学问题的关键。本文拟将中学化学问题中的这些关系归纳成四种类型,使相关的化学知识系统化,供大家参考。
??一、连续关系
??如果两种物质发生反应,其生成物又能与过量的某反应物继续反应,那么这两个反应就呈连续关系,后一反应可称为前一反应的连续反应。在中学化学范围内,这样的实例不胜枚举,主要包括以下几个方面。
??1.正盐与酸式盐的相互转化
??如把CO2通入澄清的石灰水中,开始时溶液变浑浊,继续通入CO2时溶液又重新澄清,发生的反应是:
??Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2
??CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO32
??两步反应是连续进行的,所以可叠加得出总反应式:
??Ca(OH)2+2CO2=Ca(HCO32
??同理,向NaOH溶液中不断通入CO2,虽然看不到宏观的变化,反应也是分步进行的。开始时生成Na2CO3,当n(CO2)>(1/2)n(NaOH)时,CO2又与Na2CO3反应生成NaHCO3
??反之,如果向Na2CO3溶液中逐滴加入稀盐酸,开始时,由于生成NaHCO3,无气体逸出,只有当n(HCl)>n(Na2CO3)时,才有CO2气体产生,当n(HCl)≥2n?(Na2CO3)时,生成的CO2达最大量。
??2.两性氢氧化物的生成与溶解
??如铝盐与强碱溶液的反应:
??AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl
??Al(OH)3沉淀可溶于过量的强碱溶液:
??Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2
??总反应式为:
??AlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2
??3.分步氧化还原
??如果某元素具有多种化合价,则在被氧化(或被还原)时可分步发生反应,得到该元素不同价态的产物。例如H2S的燃烧,控制O2的用量可分别得到S或SO2或二者的混合物。
??不同元素因氧化(还原)性的强弱也可发生连续反应,如将Cl2通入FeBr2溶液时,Cl2先将Fe2+氧化为Fe3+,然后才能将Br氧化为Br2。同理,将Fe粉撒入含有Cu2+和Ag的溶液中,反应也是分步进行的。
??4.有机物的连续反应
??有机化学中连续反应普遍存在且较为复杂,如甲烷的氯代可得4种产物,乙炔加氢可得乙烯或乙烷。如果某有机物同时含羧基、酚羟基和醇羟基,则与金属钠发生反应时是分步进行的,根据不同基团酸性的强弱,首先是羧基与钠反应,继之是酚羟基,最后才是醇羟基参与反应。
??上述连续反应具有以下共同点:一是反应在同一条件下进行。二是均以某反应物过量为前提,最终得到何种产物取决于反应物的用量比,可能是一种,也可能是多种。三是可以通过叠加得出总反应的化学方程式,利用总反应式解题可使问题简化。解题时忽略连续反应的发生,容易导致漏解或错解。
??例1.向20mL2mol/L的AlCl3溶液中加入30mLNaOH溶液,充分反应后得到0.78 g白色沉淀,则NaOH溶液的物质的量浓度是(??)。
??A.1mol/L
??B.2mol/L
??C.5mol/L
??D.8mol/L
??解析:依题意若只发生:
??AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl
??生成0.1molAl(OH)3沉淀,则需NaOH0.03mol,其浓度应为(0.03mol)/(0.03L)=1mol/L;若考虑连续反应的发生,则0.04molAl3+中还有0.03mol发生了:
??AlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2
??又消耗NaOH0.12mol,则共需NaOH0.15mol,其浓度为(0.15mol)/(0.03L)=5mol/L,故应选A,C。
??二、平行关系
??有关混合物的计算所涉及的反应大都是平行反应。如Mg,Al试谈化学反应之间的四种关系合金放入稀盐酸中,Mg,Al分别与盐酸反应放出H2,只要盐酸足量,Mg和Al都将消耗殆尽,两个反应同时发生,互不影响,可称为平行反应。有机反应中这种情况更为常见,如饱和烃或芳烃不同位置的取代,共轭双烯的1,2-加成和1,4-加成等。值得注意的是某些化学问题中的平行反应十分隐蔽,如Mg在空气中燃烧,除Mg与O2的反应外,还隐含着Mg与N2的反应;金属与浓HNO3反应生成NO2,则隐含着与稀HNO反应生成NO。对于这类隐蔽的平行反应,解题时必须深入发掘,否则会导致错解。
??例2.为了测定某铜银合金的成分,将30.0合金溶于80mL13.5mol/L的浓HNO3中,待合金完全溶解后,收集到气体6.72L(标准状况),并测得溶液pH=0,假设反应后溶液的体积仍为80mL,试计算:
??(1)被还原的硝酸的物质的量。
??(2)合金中银的质量分数。
??解析:(1)根据上述分析,合金完全溶解后共发生了4个化学反应:
??Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO32+2NO2↑+2H2
??3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO32+2NO↑+4H2
??Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2↑+H2
??3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO↑+2H2
??被还原的HNO3的物质的量等于反应生成气体的物质的量:(6.72L)/(22.4mol/L)=0.3mol
??(2)根据反应后pH=0,c(H)=1mol/L,可求出参加反应的HNO3的物质的量:
??(13.5-1)mol/L×0.08L=1mol
??其中未被还原的HNO3为:
??1mol-0.3mol=0.7mol
??设合金中Ag的物质的量为xmol,Cu为ymol,由质量守恒和电荷守恒可列出方程组:
??

108g/molxmol+64g/molymol=30.0g
xmol+2ymol=0.7mol

??解得:

x=0.1
y=0.3

??Ag%=(0.1mol×108g/mol)/(30.0g)×100%=36%
??解题时若按Cu,Ag与浓HNO3反应只生成NO2进行计算,则答案是错误的。
??三、循环关系
??如果A与B反应生成D,D与C反应重新生成A,A与B又继续反应,使得反应循环进行,直至某反应物完全消耗为止,这样由A,B,C组成的混合物所发生的反应就呈现循环关系。常见的实例有:
??1.NO(或NO2)的循环
??将NO2和O2的混合气体通入水中,首先发生反应:
??3NO2+H2O=2HNO3+NO??????①
??接着生成的NO被O2氧化成NO2
??2NO+O2=2NO2????????????②
??生成的NO2又重复反应①,在每一循环中NO2的体积都减为原来的(1/3),为确定恰好反应的量的关系,可将①×2+②得:
??4NO2+O2+2H2O=4HNO3??????③
??同理,NO和O2两种气体与水反应,也会出现上述循环反应,通过同样的方法得出总反应式为:
??4NO+3O2+2H2O=4HNO3??????④
??利用③式和④式解题是十分方便的。
??例3.在一定条件下,将m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水中且盛满水的容器中,充分反应后容器内残留(m/2)体积的气体,该气体与空气接触后变为红棕色,则m与n的比值为(??)。
??A.3∶2
??B.2∶3
??C.8∶3
??D.3∶8
??解析:依题意,容器内残留气体为NO,则发生反应的NO与O2的体积比为(m/2)∶n,根据④式可知(m/2)∶n=4∶3,得m∶n=8∶3,选C。
??2.O2的循环
??CO,O2,Na22置于密闭容器中,用电火花点燃,发生反应:
??2CO+O2=2CO2
??2CO2+2Na22=2Na2CO3+O2
??生成的O2将再与CO反应,总反应式为:
??CO+Na22=Na2CO3
??同理H2,O2,Na22在同样的条件下也发生O2的循环反应,总反应式为:
??H2+Na22=2NaOH
??由两个总反应式可知,固体质量的增量等于原来CO或H2的质量。
??例4.mg下列物质:①H2;②CO;③CO,H2混合气体;④HCHO;⑤CH3COOH。在足量的O2中充分燃烧,其燃烧产物立即与过量Na22反应,固体质量增加mg,符合此要求的是(??)。?
??A.①②③
??B.①②③④
??C.④⑤
??D.全部
??解析:把HCHO,CH3COOH改写为H2·CO和2H2·2CO的形式,根据上述分析可迅速选D为答案。
??四、可逆关系
??多数化学反应是不能进行到底的,如合成氨的反应:
??N2+3H2=2NH3
??在一定条件下,正反应开始后,逆反应随即发生,随着反应物浓度的不断减小,正反应速率逐渐降低;生成物浓度不断增大,逆反应速率逐渐加快。这样,经过一段时间以后,势必会出现正逆反应速率相等,反应混合物中各组分的含量不再改变的平衡状态,因此化学平衡是可逆反应发生后的必然结果。有关化学平衡的问题,在化学教材中已作为一个独立的章节来讨论,这里不再赘述。

 

(责任编辑:化学自习室)
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