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置换反应类型归纳


中学化学中常见置换反应类型归纳
置换反应类型在解答无机框图推断题过程中具有其特殊的功用,其特殊形式往往成为解 题的重要突破口。但由于学生在学习过程中,不善于积累,缺乏总结,置换反应的实例在头 脑中没贮存多少,因而对这类试题总是感到束手无策。现将置换反应的实例类型归纳如下。 一、按元素的性质划分,金属与金属单质间的置换、金属与非金属单质间的置换。 1、金属单质置换金属单质 (1)铝热反应:2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe (Al 还可与 Fe3O4、V2O5、CrO3、WO3、

MnO2 等发生置换。Al 与 V2O5 或 CrO3 等金属氧化物组成的混合物,也称为铝热剂。) (2)溶液中:Fe+CuSO4 FeSO4+Cu(湿法冶铜) Zn+FeCl3 Fe+ZnCl2

(3)Na 与金属熔融盐反应冶炼钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、锆(Zr)等稀有金属。 (谐音记忆:泰坦尼克号,实际最后一个字读 gao)Na+TiCl4 ※(4)工业上制取金属钾的原理:Na+KCl 4NaCl+Ti

NaCl+K↑。(说明:这个反应发生,

不能说明 Na 的还原性比 K 强。其原因是,在熔融状态下,金属钾已经变为蒸汽,从化学平 衡的角度来说,及时将生成的钾蒸汽从平衡体系中抽走,促使平衡向正反应方向进行。所以 反应能进行到底。) 反应 Mg+2RbCl 2、金属单质置换非金属单质 (1)极活泼金属与水或醇反应:2Na+2H2O 2NaOH+H2↑ 2CH3CH2ONa+H2↑ MgCl2+2Rb↑的原理与此类似。

2 CH3CH2OH+2 Na
1

活泼金属与非氧化性酸(HCl 或稀硫酸)反应: Zn+H2SO4 Zn+ ZnSO4 +H2↑(实验室制取氢气) Fe+2HCl=FeCl2+H2↑(只生成亚铁盐) (2)2Mg+CO2 2MgO+C


(3)3Fe+4H2O(g)

Fe3O4+4H2



3、非金属单质置换金属单质(在干态条件下反应)


(1)H2+CuO

Cu+H2O

(2)3C+Fe2O3

2Fe+3CO

Si+2FeO

2Fe+SiO2

※备注:反应(1)不能说明 H2 的还原性比 Cu 强。因为发生反应的条件比较特殊,在干态高温 条件下,生成的 H2O 脱离了反应体系,从而使反应能进行到底。

4、非金属单质置换非金属单质 Cl2+2 NaI 2H2S+O2 2NaCl+I2 2S↓+2H2O H2S+Cl2 3Cl2+8NH3 ※4NH3+3O2 4HF +Si SiF+2H2 S↓+2HCl 6NH4Cl+N2 2N2+6H2O

3Cl2+2NH3=6HCl+N2 2F2+2H2O 2C+SiO2 C+H2O 4HF+O2

Si+2CO(此处不能写成 CO2) CO+H2(制取水煤气) 2H2+SiCl4 Si+4HCl

2

二、按元素在周期表的位置划分,同族元素单质间的置换、不同族元素单质间的置换; 主族元素单质置换副族元素的单质、副族元素的单质置换主族元素单质。 1、同主族元素单质间的置换 Na+KCl 2H2S+O2 Cl2+2HI NaCl+K 2S+2H2O 2HCl+I2 2Na+2H2O 2C+SiO2 F2+2HCl 2NaOH+H2 Si+2CO 2HF+Cl2

2、不同主族元素单质间的置换 3、主族元素单质置换副族元素的单质


H2+CuO C+CuO

Cu+H2O Cu+CO

2Al+Fe2O3 Na+TiCl4

Al2O3+2Fe 4NaCl+Ti

4、副族元素的单质置换主族元素单质 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 Zn+2H+ Zn2++H2

5、副族元素的单质置换副族元素的单质 Fe+CuSO4 FeSO4+Cu

三、特殊电子微粒间的置换反应 (1)10 电子物质参与的置换反应: 水参与的反应:金属+4H2O H2 2F2+2H2O 3Cl2+8NH3 6NH4Cl+N2 (2)18 电子物质参与的置换反应:
3

4HF+O2

C+H2O

CO+H2

金属+HCl H2 2F2+2H2O 4HF+O2 2H2S+O2 H2S+Cl2 S↓+2HCl (3)14 电子产物的置换反应: C+H2O CO+H2 3Cl2+8NH3 6NH4Cl+N2 四、应用举例

2S+2H2O

2C+SiO2

Si+2 CO

【例】X、Y、Z 是短周期元素的单质,A、B 是它们的化合物物质之间的转化关系如图(其 中反应条件和某些生成物已略去) 。
A Z Y

X

Z

B

(1)如果 X、Y 的组成元素是同主族时,按下列要求写出反应的化学方程式: ① 已知 A、B 是水 ② 已知 A、B 都是氧化物 Z Z (2)如果 X、Y 的组成元素不是同一主族时,按下列要求写出 X、Y、Z 的化学式: ① 若 X 的组成元素是地壳中含量最多的金属元素,则 X ② 若 Y 的成元素在自然界中形成的化合物种类最多,则 X 【分析】 (1)此题的关键是抓住"A+X 只能是 2H2S+O2

B+Y"这个置换反应来分析。因 X、Y 是同主族元素

单质间的置换,若 A、B 又都是水,根据上述第二种分类中的第一条可知,那① 的反应唯一 2S+2H2O ;根据上述第三种分类中的第二条和第二种分类中的第一条可 Si+2CO ;

知,若 A、B 都是氧化物,那② 的反应只能是 2C+SiO2

(2)根据上述第二种分类中的第二条可知,X、Y 为不同的主族,又根据① ② 的限制条件, 得出① ② 两问的答案分别为: ①X Al Z Cl2 ② X Mg Z O2

针对练习
1、X、Y、Z 为三种种常见的单质,Z 为绿色植物光合作用 后的产物之一,A、B 为常见的化合物。它们在一定条件下可以 发生如图所示转化关系(均不是在溶液中进行的反应) (以下每空中填入一种即可) 。 (1)当 X、Y 均为金属时,Y 的化学式为 B 的化学式为 。
4



(2)当 X 为非金属且为气体,Y 为金属且为紫红色时,X 的化学式为 (3)当 X 为金属,Y 为非金属且为气体时,X 与 A 反应的化学方程式为 (4)当 X、Y 均为非金属时,X 与 A 反应的化学方程式为 的质量为 克.。

,A 的化学式为 。 。



(5)若 A、X 是由四面体结构单元组成,且具有相同的晶型结构,则 X 断裂 1 mol 化学键时,生存的 B

2、 (1)如果 X、Y 的组成元素是同主族元素时,写出反应 A+X=B+Y 的化学反应方程式: ①已知 B 是水: ②若已知 A、B 均为氧化物: (2)如果 X、Y 的组成元素是不同主族时,按下列要求回答问题: ①X 组成元素是地壳中含量最多的金属元素时,则 X、Y、Z 的化学式是: X为 B为 ,Y 为 ;A 为 ,Z 为 。 。 ②若 Y 组成元素是自然界中形成的化合物种类最多的元素时,则 B、A 的化学式是: ③若 Z 是通常情况下密度最小的物质,则反应 A+X=B+Y 的化学方程式为: 。 B 跟 A 反应的方程式为 。 3、X、Y、Z 是中学化学中三种常见元素的单质,A、B 是两种常见的化合物,相互间有如上图的转化关系: 请完成下列问题: ( 1)若 X 为金属单质,Y 为固体非金属单质,则 A 的电子式为 _________________, B 的化学式为 __________________。 (2)若 X、Y 均为金属单质,A 为黑色固体,则 X 与 A 反应的化学方程式为:__________________,其 反应类型为_________。 ( 3 )若 X 、 Y 均为非金属单质,常温下 A 为无色液体,写出 X 与 A 反应时的化学方程式: _____________________________________________。 4、如上图: ①若 Z 是 H2 写出符合如上的 3 个方程式: ②若 Z 是 O2 写出符合如上的 6 个方程式: ③若 Z 是 Cl2 写出符合如上的方程式: ④若 Z 是 H2SO4 写出符合如上的方程式: 。 。

5、A、B、C、D、E、F 六种中学常见物质,转化关系如图 (1)若 A、C、E 皆为氧化物,且 E 为有毒气体,B、D、F 皆为非金属单质,且 D 为气体。则 A 的结构式 为 ,单质 F 的晶体类型为 B 跟 C 反应的方程式为 。 (2)若 B、D 为氢化物,B、C 皆为氧化物,A、E 为常见气体则: ① C 中阴离子的电子式为 ②B 跟 C 反应生成 E 和 F 的离子反应方程式为
5

6、A、B、C、D、E、F 六种物质的相互转化关系如下图所示(反应条件未标出)其中反应①是置换反应。 (1)若 A、D、F 都是非金属单质。且 A、D 所含元素同主族,A、F 所含元素同周期,则 B 的名称 是 行)的离子方程式是: 该反应热化学方程式 为 ,反应③的化学方程式 ,所属晶体类型为 则反应①的化学方程式为 ;已知 lgD 与 F 反应生成 B 时放出 92.3kJ 热量,写出 。 。 (2)若 A 是常见的金属单质,D、F 是气态单质,反应①在水溶液中进行,则反应②(在水溶液中进

( 3 )若 B 为黄绿色气体, C 、 F 是空气的主要成分, A 、D 相遇有白烟生成,则该白烟的化学式 (4)A、D 为短周期元素的单质,且所含元素的原子序数 A 是 D 的 2 倍,所含元素的原子核最外层电 子数 D 是 A 的 2 倍,③和④两个反应中都有红棕色气体生成,则反应①的化学方程式为 反应④的化学方程式 。

7、 A、B、C、D、E、F 六种物质在一定条件下有如下图所示的相互转化关系,所有反应物和生成物均已给 出。 (1)若反应①②③均为水溶液中的置换反应,A、D、E 为卤素单质,则 A、D、E 的氧化性由强到弱的顺 序为____________,其中 A 的化学式是____________。E 的化学式是____________。 (2)若 B 是水,C 是一种有磁性的化合物,E 是一种无色、无味的有毒气体,则反应①的化学方程式是 ________________________。 (3)若 B 为一种淡黄色固体,绿色植物的光合作用和呼吸作用可实现自然界 D 和 E 的循环。反应①的离 子方程式是________________________________________。在反应③中,若生成 1 mol D,则转移电子数 目为_______________(用 NA 表示) 。

8、中学化学中几种常见物质的转化关系如图:其中反应 1、2、3、4 均在高温下进行,置换反应 1 常用于合 成氨工业制备原料气,反应 3 是冶金工业上的常见反应,反应 2 是高中课本演示实验的置换反应。试回答 下列问题: (1)的电子式 ,G 的结构式 (2)写出下列反应方程式: 1: 2:
6

3: (3)按反应 1,4 制备合成氨的原料气来合成氨,设 B 的转化率为 75%,则 1000 克 B 可合成标准状况 下氨气 L。 9、M、N、X、Y、C 为中学化学常见的五种物质,其中 M 为由 A、B 两种元素组成的化合物,化合物 N 也含两 种元素;C 为单质;X、Y 为单质或化合物。以上五种物质间相互转化关系如下(反应条件已略去) :试回 答下列问题: (1)若 X 为一种固态单质,构成 M 的两元素 A、B 同周期, 且其中一种元素与构成单质 C 的元素为同一元素时,则 M 的 空间构型为 ;N 为 类型的晶体。 (2)当 X 为一种固态单质,构成 M 的两元素 A、B 中一种元素与构成X的元素为同一主族元素,且其中另 一种元素与构成单质 C 的元素为同一元素。若 M 与 X 以物质的量比 1∶2 恰好完全反应,其化学方程式 为 。 (3)若 M、N、X 为含有一种共同元素的 3 种不同化合物,C、Y 为无色气态单质,则 M 与 X 在高温下反应 的化学方程式为 。 (4)若 X 为一种常见金属单质,M 常温下为液态,C、Y 为气态单质,则 X 与 M 在高温下反应的化学方程 式为 。

参考答案
1、 答案: (1) Fe Al2O3 (5)15 克 2、答案: (1)①2H2S+O2=2S+2H2O ② 2C+SiO2=2CO+Si (2)① Al H2 3、答案:(1) (3)2F2+2H2O====4HF+O2 4、答案:① ③X ;Al 5、答案: (1) (2) :① ② 2 Na2O2+2 H2O = 4Na+ + 4OH- +O2 ↑ 6 答案:(16 分) (1)2 分 二氧化硅 2+ (2)6 分 2Fe ﹢ Cl 2=2 Fe3+﹢2 Cl(3 ) 3 分 2NH3+3 Cl 2==N 2+6 H Cl (4)2Mg+CO2
点燃

⑵ H2 Cu O

(3) 3Fe + 4 H2O
点燃

高温

Fe3O4 +4 H2

(4) 2C+SiO2=2CO+Si

3O2+4NH3
高温

2N2+6H2O
点燃

C+H2O ② MgO

CO+H2

2Mg+CO2

2MgO+C

Cl2

CO2 MgO

③ 2F2+2 H2O=4HF+ O2 (2)8Al+3Fe3O4
点燃

4Al2O3+9Fe 置换反应

② Y:H2 、 ④X ;Fe 原子晶体。 Y:Cu 2C+SiO2
高温

2CO+Si

③ 2 F2+2 H2O= 4HF+O2 ↑

原子晶体 3 分 2C+SiO2=2CO+Si H2(g)+ Cl 2(g)=2H Cl(g); △H= -184.6KJ/mol 2 分 2 H Cl+ O2= Cl 2+ H2 O C+4HN O3= CO2+4NO2+2H2 O


2MgO+C Cl2

7、答案:(1)EAD Br2

(2)3Fe+4H2O(g)
7

Fe3O4+4H2

(3)2Na2O2+2H2O====4Na++4OH-+O2↑ 2NA 解析: (1)根据 A 置换出 D、E 置换出 A,判断 E 为 Cl2,A 为 Br2,D 为 I2。 (2) C 是一种有磁性的化合物, 应为 Fe3O4, E 是一种无色、 无味的有毒气体, 应为 CO。 反应①为 3Fe+4H2O (g)====Fe3O4+4H2,反应②为 Fe3O4+4CO====3Fe+4H2O,反应③为 CO+H2O
高温

CO2+H2。 (4)D 和

E 为 O2 和 CO2,反应①为 2Na2O2+2H2O====4NaOH+O2↑,反应②为 CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O,反 应③为 2Na2O2+2CO2====2Na2CO3+O2。 8、答案: A: H2O B:C C:Fe D:C O E:H2 F:Fe3 O4 G: C O2(3) (1866.7) 9、 (1)直线型;金属。 (2)2C+SiO2=2CO+Si。 (3)CO+H2O
高温

CO2+H2。

(4)3Fe+4H2O(g)



Fe3O4+4H2

8


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