高中化学推断题小结(三)
氧化性单质的反应:主要为O2、O3、卤素单质、S、N2、P等非金属单质参与的反应,以化合反应为主,其中应注意下面几个问题:
I. O2做氧化剂时,一般每消耗1molO2转移4mol电子,即O2+4e==2O2-,而O2在溶液中不能存在,因而在不同条件下与O2有关的电对反应为:酸性 O2+4H++4e==2H2O,中性或碱性 O2+2H2O+4e==4OH-,上面的两个电对反应相当重要,请务必熟记!
II. 卤素单质(Cl2、Br2、I2)、S、N2、P做氧化剂时,一般都会生成最低负价的化合物,其中应注意下面几点:①氧化性Cl2>S,Cl2与还原性单质反应能生成该单质的最高价态化合物,而S有时只能生成较低价态化合物,如2Fe+3Cl2==2FeCl3 Fe+S==FeS,Cu+Cl2==CuCl2 2Cu+S==Cu2S(黑色);②高中课本上出现过的N2参与的反应总共只有3个:N2+O2==2NO,3Mg+N2==Mg3N2 3H2+N2==2NH3。
III. F2的性质较特殊,高中阶段中F2参与的特殊反应有
IV. 高中阶段里出现的“燃烧”一般指物质在气体中发生的剧烈反应,燃烧时一般都会伴随有发光、放热等现象,而下面对一些特殊的燃烧现象作简要的归纳:
①在氧气中燃烧:硫磺跟氧气:发出明亮的蓝紫色火焰;红磷跟氧气:生成大量白烟(P2O5),白烟易溶于水;铁跟氧气:持续剧烈燃烧,火星四射,铁丝熔成小球,生成黑色固体(Fe3O4);镁条燃烧:发出耀眼白光;乙炔与氧气:火焰明亮,带有浓烟(碳的质量分数很大),燃烧时火焰温度很高(破坏碳碳三键需要的能量很大); ②在其它气体中燃烧:氢气在氯气中燃烧:发出苍白色火焰;红磷在氯气中燃烧:有白色烟雾(PCl3和PCl5的混合物)生成;铜片在氯气中燃烧:产生棕黄色的烟(CuCl2),溶于水生成绿色或蓝色溶液(由浓度决定);镁条在二氧化碳中燃烧:有黑色和白色的两种固体生成。 ③反应物的量与燃烧的关系:a. 含有碳元素的可燃物质不完全燃烧时都会生成CO,进一步燃烧能使CO发生2CO+O2==2CO2,完全燃烧时碳元素完全转化为CO2;b. 钠在空气中氧化成Na2O失去金属光泽,而钠在空气中燃烧生成淡黄色固体(Na2O2);c. 硫化氢气体不完全燃烧时,在火焰上罩上蒸发皿,蒸发皿底部有黄色的粉末;硫化氢气体完全燃烧,生成有刺激性气味的气体,气体能使品红溶液褪色。反应方程式为2H2S+O2==2S+2H2O(不完全燃烧) 2H2S+3O2==2SO2+2H2O(完全燃烧)
V. 高中课本中简单提到了O3,O3是一种极强的氧化剂,发生氧化还原反应时通常会生成O2,如O3+2KI+H2O==2KOH+I2+O2,这一反应似乎不符合一般的氧化还原反应的规律,以高中阶段的知识无法深究,记下来即可。实际上,从分子的结构角度来说,O3分子中一个氧原子是-2价,两个氧原子是+1价,这个反应与氧化还原反应的规律并不矛盾。
(2)还原性单质的反应:主要为金属或H2、C、Si非金属单质参与的反应,这些物质一般只有还原性,注意下面几个问题即可。
①金属与水的反应:a. 2Na+2H2O ===2NaOH+H2↑现象:浮、游、球、响、红——金属钠浮在水面上,溶成小球,四处游动,发出嘶嘶的声音,滴加酚酞溶液变红; b. Mg+2H2O==Mg(OH)2+H2↑现象:在热水中反应,生成白色固体并放出无色气体,滴酚酞试液变红,过一段时间后又变回无色(氢氧化镁分解或加热时酚酞被氧化) c. 2Al+2NaOH+2H2O ==2NaAlO2+3H2↑现象:铝片与纯水很难反应,但与氢氧化钠溶液在常温下即反应,放出无色气体。注意这一反应的本质仍是铝与水的反应,可以看成2Al+6H2O==2Al(OH)3+3H2和Al(OH)3+NaOH==NaAlO2+H2O两个反应的加合,反应中被还原的物质是H2O而不是NaOH。 d. 3Fe+4H2O(g) ==Fe3O4+4H2↑注意反应的条件必须是水蒸气,反应在高温条件下进行。
②金属与非氧化性酸、盐类的反应:金属与非氧化性酸反应生成H2,注意金属的活动型与反应速率的关系。
金属与盐类的置换反应一般发生在K、Ca、Na之后的金属之间,注意描述现象时的用语,如“将一洁净铁钉浸入硫酸铜溶液中,铁钉表面有红色物质附着,溶液颜色逐渐变浅”,从金属和溶液两方面回答。应注意最好不要说“铁钉逐渐溶解”,因为在实际的操作中“溶解”是看不到的。
K、Ca、Na与活动型较低的盐类的反应时,金属先与水反应,如2Na+2H2O ===2NaOH+H2↑,然后生成的OH-与溶液中的金属离子结合生成沉淀3NaOH+FeCl3===3NaCl+Fe(OH)3↓,写成总式即6Na+2FeCl3+6H2O==6NaCl+2Fe(OH)3↓+3H2↑,实验现象为“金属逐渐溶解,生成红褐色沉淀,放出无色气体,溶液的颜色变浅”。
③金属与氧化物的反应
金属与氧化物发生的置换反应同样应遵循金属活动型的规则。这类反应中,有些是工业上制取某些金属单质的方法。这类反应通常都会放出大量的热量。如
铝热反应:2Al+Fe2O3==2Fe+Al2O3 8Al+2Fe3O4==9Fe+4Al2O3 实验现象:剧烈的反应,放出大量的热,同时纸漏斗被烧穿,有熔溶物(铁珠)落入沙中
工业上制钒、铬、锰单质均用铝热法 4Al+3MnO2==2Al2O3+3Mn
镁与氧化铝固体在高温下反应 3Mg+Al2O3==3MgO+2Al
II. H2、C、Si发生的氧化还原反应
C+2CuO==2Cu+CO2↑ H2+CuO==Cu+H2O 实验现象:均生成红色固体,前者生成能使澄清石灰水变浑浊的气体,后者的试管壁上出现水珠。C+H2O==CO+H2(可逆反应) Si+2NaOH+H2O === Na2SiO3+2H2↑(反应的实质是:Si作还原剂,H2O作氧化剂) 工业上制取粗硅:
(3)氧化性化合物的反应:高中阶段所学的形成化合物的氧化剂主要是浓H2SO4、HNO3等强氧化性酸,MnO4-、Cr2O72-、ClO3-、ClO-、Fe3+等离子以及MnO2、PbO2、H2O2等其它氧化剂。请牢记这些氧化剂发生反应时常见的自身变化 浓硝酸:NO3-+2H++e ==NO2↑+H2O 稀硝酸:NO3-+4H++3e ==NO↑+ 2H2O 酸性高锰酸钾溶液:MnO4-+8H++5e==Mn2+ + 4H2O 酸性重铬酸钾溶液:Cr2O72-+14H++6e==2Cr3++7H2O
ClO3-和ClO-通常被还原成Cl-,Fe3+被还原成Fe2+,MnO2被还原成Mn2+,H2O2一般被还原成H2O,浓硫酸发生的氧化还原反应不属于离子反应,因为发生反应时起作用的是H2SO4分子,H2SO4一般被还原成SO2。
下面两组非常经典的反应:
C+2H2SO4(浓)==CO2↑+2SO2↑+2H2O 两种气体都能使澄清石灰水变浑浊
C+4HNO3 (浓)==CO2↑+4NO2↑+2H2O
Cu+2H2SO4 (浓)==CuSO4+SO2↑+2H2O(反应条件加热), Cu+4HNO3 (浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,
3Cu+8 HNO3 (稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 金属与强氧化性酸的反应均体现了酸的强氧化性和酸性。
浓硫酸与硝酸与其它还原剂的反应的情况大体上并无太大差别,写方程式时最好先写离子方程式,生成物一侧为“氧化产物+气体+H2O”,然后再配平或改写为化学方程式。
写MnO4-、Cr2O72-、ClO3-、ClO-等离子发生的氧化还原反应的方程式的方法与上面方法是一样的,按“氧化剂+还原剂+H+==氧化产物+还原产物+H2O”来写即可,最好先写离子方程式,然后按题目要求改写成化学方程式。
此外,还应注意一个很特殊且经常考到的反应,即酸性高锰酸钾溶液与双氧水溶液间发生反应:2MnO4-+5H2O2+6H+==2Mn2+ +5O2↑+ 8H2O,这个反应中H2O2做还原剂,自身转化为O2和H+,因而反应生成的H2O的氧全部来源于MnO4-。
(4)还原性化合物的反应:高中阶段所学的还原性化合物不多,同学们只需无机化合物中的掌握“四大还原剂”即可,即I-(HI)、S2-(H2S)、SO32-(SO2)、Fe2+,下面对这些还原剂做一个简要说明。