浅谈溶液中的置换反应

浅谈溶液中的置换反应
所谓置换反应就是由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应。

其字母表达式为：A+BC→AC+B。

就反应条件来看有两种情况：⑴需在一定条件下才能发生。

如：①H2+CuOCu+H2O；②3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑……⑵常温下就能发生（一般在溶液或液体中进行）。

如：①Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；②2k+2H2O=2KOH+H2↑……要判断一个置换反应能否进行，必须掌握以下有关知识。

一、金属活动性顺序
将某金属单质放入某化合物的溶液（或水）中，能否发生置换反应与该金属的活动性有关，而金属活动性是广大劳动人民和科学工作者通过长期的生产实践和科学研究并加以验证而得到的理性真理。

要判断几种金属的活动性谁强哪弱，必须首先掌握金属活动性顺序，为了便于记忆，现归纳为以下理性简句:
有关金属活动序，依次钾钙钠镁铝；
还有锌铁锡铅氢，铜汞银铂金末句；
由强渐弱按序排，活学巧用有规律。

二、金属活动性规律
在金属活动顺序中，金属单质体现了如下一些规律：
1、与氧气发生的化合反应
钾钙钠镁铝这几种银白色的金属单质常温时就易与空气中的氧气反应，生成相应的金属氧化物，如4Na+O2=2Na2O等；而铝至金之间的金属则需要加热（或高温）才能与氧气反应，如2Cu+O22CuO等；而金即使在高温条件下也不跟氧气发生反应，这就是真金不怕火炼的缘故（注：在点燃条件下，钠与氧气反应生成过氧化钠，而钾、钙却生成超氧化物，其剧烈程度为：钾>钙>钠）。

2、与水发生的置换反应
钾钙钠常温下就易与水发生置换反应，生成氢气和相应的碱，如：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑等；镁和铝则需加热时才能发生反应，而铝后面的金属即使加热与水一般也不发生置换反应。

由于钾、钙、钠常温易与氧气、水发生反应，密度比煤油大，故通常密封保存在煤油中。

3、与酸发生的置换反应
在金属活动顺序中，位于氢前面的金属能与氧化性较强的酸发生置换反应（如盐酸、稀硫酸等）生成氢气和相应的盐，如：①Zn+H2SO4（稀）＝ZnSO4+H2↑。

而位于氢后面的金属与酸一般不发生置换反应。

当金属与强氧化性酸（如硝酸、浓硫酸）反应时，一般生成的是水而不是氢气。

如：①Cu+2H2SO4（浓）=CuSO4+SO2↑+H2O。

②3Zn+8HNO3（稀）=3Zn（NO3）2+2NO↑+4H2O（注：Zn与浓HNO3反应时生成的气体是NO2）。

4、与盐发生的置换反应
由于钾、钙、钠三种金属很活泼，放入盐溶液时，首先与溶液中的水发生反应，故一般不用它们与盐反应来制取其它金属。

如：将钠放入CuSO4溶液中发生如下连锁反应：①2Na+2H2O=2NaOH+H2↑；②2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu （OH）2↓。

其总反式为：2Na+2H2O+CuSO4=Na2SO4+Cu（OH）2↓+H2↑。

因此，在金属活动顺序中，除钾、钙、钠以外，位于前面的金属能把后面的金属从其盐溶中置换出来。

如：①Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；②Cu+2AgNO3=Cu（NO3）2+2Ag （注：反应物中所用的盐必须是可溶性盐，否则反应不能发生）。

上述置换反应规律可总结为如下科学简句：
金属位置越靠前，遇水越易失电子；
氢前金属换酸氢，氢后金属却不能；
位于前面的金属，置换盐中后金属；
三、非金属活动性顺序及其置换反应规律
典型的非金属单质跟金属单质相似，其非金属性也有强有弱，表现也具有一定的规律性。

现阐述如下：
1、非金属活动性顺序
经科学探究与实验验证，非金属性活动顺序为：F→O→C1→Br→I→S（非金属性逐渐减弱）
其中氧与氯之间没有严格的界限。

2、有卤素单质（X2）参与的置换反应
⑴与水的反应。

在卤素单质中，只有氟气与水发生置换反应，其反应式为：2F2+2H2O=4HF+O2；而其他卤素单质与水反应则生成氢卤酸和次卤酸，其反应式为：X2+H2O=HX+HXO。

如：C12+H2O=HC1+HC1O等。

⑵卤素单质（X2）与某些卤化物发生的置换反应，在非金属活动性顺序中，位于前面的卤素形成的单质能将位于后面的卤素从其卤化物（含卤化氢和金属卤
化物）中置换出来。

如：①C12+2HBr=2HC1+Br2；②C12+2NaI=2Na CI+I2……[注：卤族元素指的是氟（F）、氯（C1）、溴（Br）、碘（I）、砹（At）。

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四、置换反应的有关计算
在化学计算中，有时要涉及互置换反应，其类型有：1、已知反应后单质的变化量，计算参加反应（或生成）的单质质量。

2、已知反应后化合物（或溶液）的变化量，计算参加反应（或生成）的化合物（或溶液）的质量……解答此类计算的方法有多种，其中最简捷的方法是差量法，现举例如下：
在进行有关置换反应的计算中，若无数据时，如何快速判断反应后溶液质量（或单质量）的增减？一般可以从原子量的大小比较中得出结论。

如：上例中从原子量角度来看，Fe（56）Fe（56），本反应属于以大置换小的类型（注：凡单质铁参加的置换反应，生成的盐是亚铁盐）。

综上所述（除镁置换铝例外），在置换反应中，单质（或化合物）总质量变化情况均符合以下规律，现总结为以下科学简句：
涉及变量的置换，差量算法较简单；
当无数据怎么办，可用原子量判断；
若属以小置换大，单质质量要增加；
反之以大置换小，单质质量要减少；
化合物的量变化，恰与单质是相反。

总之，掌握置换反应和金属活动性（或非金属活动性）规律，是制取物质的重要途径之一，也是判断置换反应能否发生的理论依据，学好有关知识可以为正确书写置换反应式及其在溶液中进行的离子反应式打下坚实的基础，同时对在工农业生产中计划生产、厉行节约、提高工作效率有着十分重要的意义。