化学教案：《置换反应规律》
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置换反应规律
反应物或生成物各两种且其中一种必定是单质的反应才称做置换反应．
1.按反应环境和元素的性质分（请举例）
(1)水溶液中的置换反应： ①“金→金”较活泼金属置换较不活泼金属 ②“金→非”金属活动顺序表中氢之前的金属置换氢 ③“非→非”较活泼非金属置换较不活泼非金属
(2)非水溶液中的置换反应：① “金→金” ②“金→非” ③“非→金” ④ “非→非”
2.按元素在周期表中的位置分
(1)主族元素间的置换
包括同主族间、同周期间、不同主族间、不同周期间、既不同主族又不同周期间，其规律为：
H
Li Be B C N ← O ← F
↓ ↓ ↓ “甲→乙”表示甲可置换乙
Na Mg Al Si P S ← Cl
(2)主→副 H2+CuO===Cu+H2O 2Al+Fe2O3=== Al2O3+2Fe
C+CuO===Cu+CO 2Al+3Hg2+ =2Al3++3Hg
(3)副→主 3Fe+4H2O(g) =Fe3O4+4H2 Zn+2H+ =Zn2++H2
(4)副→副 Fe+CuSO4 =FeSO4+Cu
3.按物质类别分
(1)单质与氧化物间的置换
Na、C、Fe、F2──→H2(或O2)， C、H2──→Cu，C──→Si, Mg──→C，Al──→Fe
(2)单质与非氧化物间的置换
2H2+SiCl4 =Si+4HCl H2S+Cl2 = S+2HCl
3Cl2+8NH3 = 6NH4Cl+N2 4NH3+3O2 =2N2+6H2O
Mg+2HCl = MgCl2+H2 2Al+6HCl = 2 AlCl3+3H2
活泼金属──→H2，Cl2、O2──→N2，Cl2────→Br2、S、I2，H2──→Si
4.按单质状态分
有“固→固”、“固→气”、“气→固”、“气→气”、“气→液”
5.重要的置换反应：
①2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑ ②3Fe＋4H2O Fe3O4＋4H2↑
③F2＋2H2O＝4HF＋O2 ④Cl2＋H2S＝S＋2HCl
⑤2H2S＋O2＝2S＋2H2O ⑥2C＋SiO2 Si＋2CO
⑦2Mg＋CO2 2MgO＋C ⑧2Al＋Fe2O3 =====2Fe＋Al2O3
⑨C＋H2O CO＋H2 ⑩3Cl2＋2NH3 === N2＋6HCl
⑾Si＋4HF===SiF4＋2H2 ⑿极活泼金属及F2不能从水溶液中置换其它元素，非水溶液中不活泼的可置换活泼的。CuO+H2==Cu+H2O、2CuO+C==2Cu+CO2↑
6.其它置换反应：
Na+TiCl4 =4NaCl+Ti 2H2+SiCl4====Si+4HCl Na+KCl = NaCl+K
Cl2+2HI = 2HCl+I2 F2+2HCl= 2HF+Cl2 H2S+Cl2 = S+2HCl
4NH3+3O2 = 2N2+6H2O 3 H2+Fe2O3 = 2Fe+3H2O
例1. 如图：
已知：化合物E与水反应生成白色浆状物；化合物F是不能成盐的氧化物；单质D能与某些稀有气体反应。
据此，请填空：
（1）化合物F是______；化合物I是______。
（2）反应②、反应④的化学方程式是______；______。
【分析】由题目给定条件知：D为最活泼的非金属单质→F2；F为不成盐氧化物，且由单质B与化合物C发生置换反应得到→F为CO，B为碳，化合物C为氧化物，再结合G与H燃烧生成C，判断H为O2，C为H2O，G为H2，I为HF；化合物E由碳与化合物A反应得到（可能是碳化物），再考虑E与水反应生成白色浆状物，E是CaC2，A是CaO。
答案：（1）CO；HF （2）略
例2.下图表示物质之间的相互转化关系：
（1）若单质甲为金属，单质乙为非金属，指出它们的物质名称，并写出有关反应的化学方程式。
（2）若单质甲为非金属，单质乙为金属，指出它们的物质名称，并写出有关反应的化学方程式。
【分析】①X+甲→Y+丙，是置换反应。
②X与Z都是含Z、丙两种元素的化合物，则：X+丙→Z，为相同元素的不同价态的转化，若甲为非金属，乙为金属，能形成X与甲置换关系的只有：
答案：（1）X：二氧化碳；Z：一氧化碳；Y：氧化镁
甲：镁；乙：氧气；丙：碳（化学方程式从略）。
（2）X：溴化亚铁；Y：氯化铁；Z：溴化铁；
甲：氯气；乙：铁；丙：溴。（化学方程式从略）
练习1．X、Y、Z是主族元素的单质，U、V为化合物。它们有如下反应（式中的反应系数和条件均已略去）：
①X+U→V+Y ②X+Z→V ③Y+Z→U
（1）若X、Y的组成元素不是同一族，请写出符合①式的3个不同的化学方程式，并要求3个式子中的3种X和3种Y，分别由不同族的元素组成。
_____________________________________________。
（2）今有某化合物W，它跟化合物U或CO2反应，都能生成单质Y。符合题设的3个反应式关系的单质X是______，单质Y是______，单质Z是______，化合物W为______。
答案：（1）2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑ 2Mg+CO2=2MgO+C 2F2+2H2O=4HF+O2↑
（2）F2 O2 H2 Na2O2
练习2.如图所示，甲、乙、丙是三种常见单质，X、Y、Z是常见化合物，它们之间有如下转化关系：
（1）若甲是短周期金属单质，乙、丙是短周期非金
属单质，X、Y、Z中只有一种是离子晶体，试推断：
①X的电子式是_______________，若丙为灰黑色
固体，则其晶体类型为_________________
(分子晶体，原子晶体，混合型晶体)。
②工业上有些气体中也含有一定量的Z成分，试列举一种气体_____________。
③X与甲反应的化学方程式__________________________________________。
（2）若甲是具有氧化性的黄绿色气体单质，丙通常是深红棕色液体，Y和Z具有相同的阳离子，X与Z含有相同的阴离子，试写出X与足量的甲在溶液中完全反应的离子方程式：________ _____________
答案：（1）①CO2（电子式略） 混合型晶体
②水煤气 ③2Mg+CO2=2MgO+C
（2）3Cl2+2Fe2++4Br－=2 Fe3++2Br2+6Cl－
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高温
△
△
H2O
CO2
CuO
SiO2
Fe2O3
Br 、S2 、I
SiCl4
HCl
NH3
高温
高温
高温
点燃
高温
△
甲
X
丙
Y
丙
乙
Z
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置换反应规律
反应物或生成物各两种且其中一种必定是单质的反应才称做置换反应．
1.按反应环境和元素的性质分（请举例）
(1)水溶液中的置换反应： ①“金→金”较活泼金属置换较不活泼金属 ②“金→非”金属活动顺序表中氢之前的金属置换氢 ③“非→非”较活泼非金属置换较不活泼非金属
(2)非水溶液中的置换反应：① “金→金” ②“金→非” ③“非→金” ④ “非→非”
2.按元素在周期表中的位置分
(1)主族元素间的置换
包括同主族间、同周期间、不同主族间、不同周期间、既不同主族又不同周期间，其规律为：
H
Li Be B C N ← O ← F
↓ ↓ ↓ “甲→乙”表示甲可置换乙
Na Mg Al Si P S ← Cl
(2)主→副 H2+CuO===Cu+H2O 2Al+Fe2O3=== Al2O3+2Fe
C+CuO===Cu+CO 2Al+3Hg2+ =2Al3++3Hg
(3)副→主 3Fe+4H2O(g) =Fe3O4+4H2 Zn+2H+ =Zn2++H2
(4)副→副 Fe+CuSO4 =FeSO4+Cu
3.按物质类别分
(1)单质与氧化物间的置换
Na、C、Fe、F2──→H2(或O2)， C、H2──→Cu，C──→Si, Mg──→C，Al──→Fe
(2)单质与非氧化物间的置换
2H2+SiCl4 =Si+4HCl H2S+Cl2 = S+2HCl
3Cl2+8NH3 = 6NH4Cl+N2 4NH3+3O2 =2N2+6H2O
Mg+2HCl = MgCl2+H2 2Al+6HCl = 2 AlCl3+3H2
活泼金属──→H2，Cl2、O2──→N2，Cl2────→Br2、S、I2，H2──→Si
4.按单质状态分
有“固→固”、“固→气”、“气→固”、“气→气”、“气→液”
5.重要的置换反应：
①2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑ ②3Fe＋4H2O Fe3O4＋4H2↑
③F2＋2H2O＝4HF＋O2 ④Cl2＋H2S＝S＋2HCl
⑤2H2S＋O2＝2S＋2H2O ⑥2C＋SiO2 Si＋2CO
⑦2Mg＋CO2 2MgO＋C ⑧2Al＋Fe2O3 =====2Fe＋Al2O3
⑨C＋H2O CO＋H2 ⑩3Cl2＋2NH3 === N2＋6HCl
⑾Si＋4HF===SiF4＋2H2 ⑿极活泼金属及F2不能从水溶液中置换其它元素，非水溶液中不活泼的可置换活泼的。CuO+H2==Cu+H2O、2CuO+C==2Cu+CO2↑
6.其它置换反应：
Na+TiCl4 =4NaCl+Ti 2H2+SiCl4====Si+4HCl Na+KCl = NaCl+K
Cl2+2HI = 2HCl+I2 F2+2HCl= 2HF+Cl2 H2S+Cl2 = S+2HCl
4NH3+3O2 = 2N2+6H2O 3 H2+Fe2O3 = 2Fe+3H2O
例1. 如图：
已知：化合物E与水反应生成白色浆状物；化合物F是不能成盐的氧化物；单质D能与某些稀有气体反应。
据此，请填空：
（1）化合物F是______；化合物I是______。
（2）反应②、反应④的化学方程式是______；______。
【分析】由题目给定条件知：D为最活泼的非金属单质→F2；F为不成盐氧化物，且由单质B与化合物C发生置换反应得到→F为CO，B为碳，化合物C为氧化物，再结合G与H燃烧生成C，判断H为O2，C为H2O，G为H2，I为HF；化合物E由碳与化合物A反应得到（可能是碳化物），再考虑E与水反应生成白色浆状物，E是CaC2，A是CaO。
答案：（1）CO；HF （2）略
例2.下图表示物质之间的相互转化关系：
（1）若单质甲为金属，单质乙为非金属，指出它们的物质名称，并写出有关反应的化学方程式。
（2）若单质甲为非金属，单质乙为金属，指出它们的物质名称，并写出有关反应的化学方程式。
【分析】①X+甲→Y+丙，是置换反应。
②X与Z都是含Z、丙两种元素的化合物，则：X+丙→Z，为相同元素的不同价态的转化，若甲为非金属，乙为金属，能形成X与甲置换关系的只有：
答案：（1）X：二氧化碳；Z：一氧化碳；Y：氧化镁
甲：镁；乙：氧气；丙：碳（化学方程式从略）。
（2）X：溴化亚铁；Y：氯化铁；Z：溴化铁；
甲：氯气；乙：铁；丙：溴。（化学方程式从略）
练习1．X、Y、Z是主族元素的单质，U、V为化合物。它们有如下反应（式中的反应系数和条件均已略去）：
①X+U→V+Y ②X+Z→V ③Y+Z→U
（1）若X、Y的组成元素不是同一族，请写出符合①式的3个不同的化学方程式，并要求3个式子中的3种X和3种Y，分别由不同族的元素组成。
_____________________________________________。
（2）今有某化合物W，它跟化合物U或CO2反应，都能生成单质Y。符合题设的3个反应式关系的单质X是______，单质Y是______，单质Z是______，化合物W为______。
答案：（1）2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑ 2Mg+CO2=2MgO+C 2F2+2H2O=4HF+O2↑
（2）F2 O2 H2 Na2O2
练习2.如图所示，甲、乙、丙是三种常见单质，X、Y、Z是常见化合物，它们之间有如下转化关系：
（1）若甲是短周期金属单质，乙、丙是短周期非金
属单质，X、Y、Z中只有一种是离子晶体，试推断：
①X的电子式是_______________，若丙为灰黑色
固体，则其晶体类型为_________________
(分子晶体，原子晶体，混合型晶体)。
②工业上有些气体中也含有一定量的Z成分，试列举一种气体_____________。
③X与甲反应的化学方程式__________________________________________。
（2）若甲是具有氧化性的黄绿色气体单质，丙通常是深红棕色液体，Y和Z具有相同的阳离子，X与Z含有相同的阴离子，试写出X与足量的甲在溶液中完全反应的离子方程式：________ _____________
答案：（1）①CO2（电子式略） 混合型晶体
②水煤气 ③2Mg+CO2=2MgO+C
（2）3Cl2+2Fe2++4Br－=2 Fe3++2Br2+6Cl－
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