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置換反應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)

置換反應(yīng)是單質(zhì)與化合物反應(yīng)生成另外的單質(zhì)和化合物的化學(xué)反應(yīng)，是化學(xué)中四大基本反應(yīng)類型之一，包括金屬與金屬鹽的反應(yīng)，金屬與酸的反應(yīng)等。它是一種單質(zhì)與一種化合物作用，生成另一種單質(zhì)與另一種化合物的反應(yīng)。

氧化還原反應(yīng)不一定為置換反應(yīng)，置換反應(yīng)一定為氧化還原反應(yīng)。

中文名

置換反應(yīng)

外文名

Single Displacement reaction

類型

無機(jī)化學(xué)反應(yīng)

反應(yīng)公式

AB+C→A+BC

是否放熱

部分放熱，部分吸熱

注意點(diǎn)

必須根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表發(fā)生

基本介紹

置換反應(yīng)可表示為A+BC=B+AC 或 AB+C=AC+B，通常認(rèn)為置換反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)，但是一些特殊的反應(yīng)，例如金屬羰基化合物間的置換，則不是氧化還原反應(yīng)。

除此之外，也可以指路易斯酸間的置換反應(yīng)，此時(shí)并不需要單質(zhì)參與反應(yīng)。（出處：高等教育出版社的《無機(jī)化學(xué)》（第四版）下冊(cè)第460頁正文第3行：“……能將另一個(gè)較弱的路易斯酸MnF4從穩(wěn)定配離子[MnF6] 2-的鹽中置換出來”[1]?）

反應(yīng)的吸熱與放熱

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置換反應(yīng)

• 化學(xué)反應(yīng)

• 
  
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• 審閱專家胡啟洲

置換反應(yīng)是單質(zhì)與化合物反應(yīng)生成另外的單質(zhì)和化合物的化學(xué)反應(yīng)，是化學(xué)中四大基本反應(yīng)類型之一，包括金屬與金屬鹽的反應(yīng)，金屬與酸的反應(yīng)等。它是一種單質(zhì)與一種化合物作用，生成另一種單質(zhì)與另一種化合物的反應(yīng)。

氧化還原反應(yīng)不一定為置換反應(yīng)，置換反應(yīng)一定為氧化還原反應(yīng)。

• 中文名
• 置換反應(yīng)
• 外文名
• Single Displacement reaction
• 類型
• 無機(jī)化學(xué)反應(yīng)
• 反應(yīng)公式
• AB+C→A+BC
• 是否放熱
• 部分放熱，部分吸熱
• 注意點(diǎn)
• 必須根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表發(fā)生

基本介紹

置換反應(yīng)可表示為A+BC=B+AC 或 AB+C=AC+B，通常認(rèn)為置換反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)，但是一些特殊的反應(yīng)，例如金屬羰基化合物間的置換，則不是氧化還原反應(yīng)。

除此之外，也可以指路易斯酸間的置換反應(yīng)，此時(shí)并不需要單質(zhì)參與反應(yīng)。（出處：高等教育出版社的《無機(jī)化學(xué)》（第四版）下冊(cè)第460頁正文第3行：“……能將另一個(gè)較弱的路易斯酸MnF4從穩(wěn)定配離子[MnF6] 2-的鹽中置換出來”[1]?）

反應(yīng)的吸熱與放熱

1、放熱的反應(yīng)

（1）金屬和酸發(fā)生的置換反應(yīng)

（2）金屬和鹽發(fā)生的置換反應(yīng)

（3）鋁和金屬氧化物發(fā)生的置換反應(yīng)

（4）活潑金屬和水的置換反應(yīng)

2、吸熱的反應(yīng)

（1）不太活潑的金屬和水蒸氣發(fā)生的置換反應(yīng)

（2）大多數(shù)的碳、氫氣還原金屬氧化物反應(yīng)（少數(shù)如碳、氫氣還原金屬氧化物反應(yīng)為放熱反應(yīng)）[2]

（3）碳和水蒸氣的置換反應(yīng)

反應(yīng)類型

根據(jù)反應(yīng)環(huán)境分類

根據(jù)反應(yīng)環(huán)境的類別，置換反應(yīng)有以下2種情況：

（1）固態(tài)置換在加熱或高溫條件下固體與固體或固體與氣體發(fā)生的置換反應(yīng)。

（2）液態(tài)置換在水溶液中進(jìn)行的置換反應(yīng)。

1、金屬跟酸的置換：金屬原子與酸溶液中氫離子（H+）之間的反應(yīng)

特別注意：（1）不能用濃硫酸，硝酸等有強(qiáng)氧化性的酸，它們反應(yīng)時(shí)，先將金屬氧化成對(duì)應(yīng)氧化物，氧化物再溶于酸中，然后繼續(xù)氧化、溶解，反應(yīng)得以繼續(xù)。（2）金屬在活動(dòng)性順序表中需位于氫（H）之前

• 鎂和酸反應(yīng)【Mg+2H+====Mg2++H2↑】
• 鋁和酸反應(yīng)【2Al+6H+====2Al3++3H2↑】
• 鋅和酸反應(yīng)【Zn+2H+====Zn2++H2↑】
• 鐵和酸反應(yīng)【Fe+2H+====Fe2++H2↑】（一般情況下，鐵與酸反應(yīng)生成二價(jià)鐵）

2、金屬跟鹽溶液的置換：金屬原子跟鹽溶液中較不活潑金屬的陽離子發(fā)生置換

特別注意：置換需滿足金屬活動(dòng)性順序表先后次序

• 鋅置換亞鐵【Zn+Fe2+====Zn2++Fe】
• 鐵置換銅【Fe+Cu2+====Fe2++Cu】
• 銅置換汞【Cu+Hg2+====Cu2++Hg】

根據(jù)元素性質(zhì)分類

分類標(biāo)準(zhǔn)：按元素的性質(zhì)劃分，金屬與非金屬單質(zhì)間的置換

1、金屬單質(zhì)置換金屬單質(zhì)

• 鋁熱反應(yīng)【2yAl+3MxOy==高溫==yAl2O3+3xM(M為金屬元素)】（引自鋁熱反應(yīng)詞條）鋁置換鐵【（氧化鐵）2Al+Fe2O3==高溫==2Fe+Al2O3】【（四氧化三鐵）8Al+3Fe3O4==高溫==4Al2O3+9Fe】Al還可與V2O5，CrO3，WO3，MnO2等發(fā)生置換，詳見鋁熱反應(yīng)詞條
• 滿足金屬活動(dòng)性順序表的金屬置換如：鐵置換銅【Fe+Cu2+====Fe2++Cu】
• 2、金屬單質(zhì)置換非金屬單質(zhì)
• 鋅和鹽酸反應(yīng)【Zn+2HCl====ZnCl2+H2↑】
• 鈉和水反應(yīng)【2Na+2H2O====2NaOH+H2↑】
• 鎂在二氧化碳中燃燒【2Mg+CO2==點(diǎn)燃==2MgO+C】
• 紅熱的鐵和水蒸氣反應(yīng)【3Fe+4H2O(g)==高溫==Fe3O4+4H2】（H2不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 鈉在二氧化碳中燃燒【4Na+3CO2====2Na2CO3+C】
• 3、非金屬單質(zhì)置換金屬單質(zhì)
• 碳還原氧化銅【C+2CuO==高溫==2Cu+CO2↑】
• 4、非金屬單質(zhì)置換非金屬單質(zhì)
• 氟氣溶于水【2F2+2H2O====4HF+O2】（O2不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 碳還原二氧化硅【2C+SiO2==高溫==Si+2CO↑】
• 碳和水蒸氣反應(yīng)【C+H2O==高溫==CO+H2】（不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 氫氣還原四氯化硅【2H2+SiCl4==高溫==Si+4HCl】（HCl不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 氯氣置換溴【Cl2+2NaBr====Br2+2NaCl】
• 溴置換碘【Br2+2HI====2HBr+I2】
• 氧氣和硫化氫反應(yīng)【O2+2H2S====2S↓+2H2O】
• 根據(jù)元素周期表中位置分類
• 按元素在周期表的位置劃分，同族元素單質(zhì)間的置換與不同族元素單質(zhì)間的置換。
• 1、同主族元素單質(zhì)間的置換
• 鈉置換鉀【Na+KCl==高溫==NaCl+K↑】（一般是774℃）
• 鈉置換氫【2Na+2H2O====2NaOH+H2↑】
• 氧置換硫【O2+2H2S====2S↓+2H2O】
• 碳置換硅【2C+SiO2==高溫==Si+2CO↑】
• 氟置換氯【F2+2HCl====2HF+Cl2】（Cl2不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 2、不同主族元素單質(zhì)間的置換
• 鎂置換氫【Mg+2H+====Mg2++H2↑】
• 鋁置換氫【2Al+6H+====2Al3++3H2↑】
• 鎂置換碳【2Mg+CO2==點(diǎn)燃==2MgO+C】
• 碳置換氫【C+H2O(g)==高溫==CO+H2】（不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 氫置換硅【2H2+SiCl4==高溫==Si+4HCl】（HCl不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 氯置換硫【H2S+Cl2====S↓+2HCl】
• 氯置換氮【8NH3+3Cl2====6NH4Cl+N2】
• 氧置換氮【4NH3+3O2==點(diǎn)燃==2N2+6H2O】（氨氣在純氧中燃燒）
• 3、主族元素單質(zhì)置換副族元素的單質(zhì)
• 鋁置換鐵【2Al+Fe2O3==高溫==2Fe+Al2O3】（鋁熱）
• 碳置換銅【C+CuO==△==Cu+CO↑】
• 鈉置換鈦【4Na+TiCl4==高溫==4NaCl+Ti】
• 4、副族元素的單質(zhì)置換主族元素單質(zhì)
• 鐵置換氫【3Fe+4H2O(g)==高溫==Fe3O4+4H2】（H2不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 5、副族元素的單質(zhì)置換副族元素的單質(zhì)
• 鐵置換銅【Fe+Cu2+====Fe2++Cu】
• 根據(jù)物質(zhì)類別分類
• 按物質(zhì)類別劃分，單質(zhì)與氧化物間的置換和單質(zhì)與非氧化物間的置換。
• 1、單質(zhì)與氧化物發(fā)生置換反應(yīng)
• （1）與H2O反應(yīng)：生成物之一為H2
• 鈉【2Na+2H2O====2NaOH+H2↑】
• 鐵【3Fe+4H2O(g)==高溫==Fe3O4+4H2】（H2不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 氟【2F2+2H2O====4HF+O2】（O2不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 碳【C+H2O(g)==高溫==CO+H2】（不標(biāo)氣體符號(hào)）
• （2）與CO2反應(yīng)：生成物之一為C
• 鎂【2Mg+CO2==點(diǎn)燃==2MgO+C】
• 鈉【4Na+3CO2====2Na2CO3+C】
• （3）與FeO反應(yīng)：生成物之一為Fe
• 碳【C+FeO==高溫==Fe+CO↑】
• 硅【Si+FeO==高溫==2Fe+SiO2】
• 此類反應(yīng)較多，在此不一一列舉
• 2、單質(zhì)與非氧化物發(fā)生置換反應(yīng)
• （1）和NH3反應(yīng)：生成物之一為N2
• 氯【8NH3+3Cl2====6NH4Cl+N2】
• 氧【4NH3+3O2==點(diǎn)燃==2N2+6H2O】
• （2）其它
• 氫置換硅【2H2+SiCl4==高溫==Si+4HCl】（HCl不標(biāo)氣體符號(hào)）
• 氯置換硫【H2S+Cl2====S↓+2HCl】
• 各類金屬置換酸中的H+（滿足金屬活動(dòng)性順序表）
• 此類反應(yīng)較多，在此不一一列舉
• 金屬活動(dòng)性順序表

Li、Cs、 Rb、 K、Ra、Ba、Fr、Sr、 Ca、 Na 、 La、 Pr 、Nd 、Pm、Sm 、Eu、Ac

鋰、銫、 銣、 鉀、鐳、鋇、鈁、鍶、 鈣、 鈉、 鑭、 鐠、釹、 钷、釤、銪、 錒、

Gd 、Tb 、Am 、Y 、Mg 、Dy、Tm 、Yb、 Lu 、 Ce、 Ho、 Er 、 Sc、 Pu 、Th 、Be 、Np

釓、鋱、镅、釔、鎂、鏑、銩、鐿、镥、 鈰、鈥、鉺、鈧、钚、釷、鈹、镎、

U、 Hf 、Al 、Ti 、Zr 、V 、Mn、 Nb、 Zn、 Cr 、Ga 、Fe 、Cd 、In 、Tl 、Co

鈾、鉿、鋁、鈦、鋯、釩、錳、鈮、鋅、鉻、鎵、鐵、鎘、銦、鉈、鈷、

Ni、 Mo、 Sn 、Pb 、(D2)、 (H2)、 Cu、 Po、 Hg 、Ag、 Pd 、Pt 、Au

• 鎳、鉬、錫、鉛、（氘分子）、（氫分子）、銅、釙、汞、銀、鈀、鉑、金

反應(yīng)現(xiàn)象

金屬活動(dòng)性順序簡(jiǎn)表（K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au）中，10號(hào)氫是過渡元素，它前面的可以置換出氫（有例外，見注解），它后面的則不可以。也就是說：氫前面的可以和酸反應(yīng)生成氫氣,而氫后面的基本不和酸反應(yīng)，就算反應(yīng)也不生成氫氣

1、金屬單質(zhì) + 酸 → 鹽 + 氫氣

• 鎂和酸反應(yīng)【Mg+2H+====Mg2++H2↑】
• 鋁和酸反應(yīng)【2Al+6H+====2Al3++3H2↑】
• 鋅和酸反應(yīng)【Zn+2H+====Zn2++H2↑】
• 鐵和酸反應(yīng)【Fe+2H+====Fe2++H2↑】

注：

（1）前三項(xiàng)的反應(yīng)現(xiàn)象為：有氣泡產(chǎn)生

（2）第四項(xiàng)(Fe)的反應(yīng)現(xiàn)象：有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色變成淺綠色

（3）濃鹽酸在加熱時(shí)也能與銅（不太活潑的金屬）反應(yīng)，因?yàn)镃l和Cu形成了較穩(wěn)定的配離子[CuCl4]，使平衡向右移動(dòng)：【2Cu+8HCl(濃)====2H3[CuCl4]+H2↑】[3]

2、金屬單質(zhì) + 鹽(溶液)→另一種金屬 + 另一種鹽

• 鐵與硫酸銅反應(yīng)【Fe+CuSO4====Cu+FeSO4】現(xiàn)象：鐵條表面覆蓋一層紅色的物質(zhì)，溶液由藍(lán)色變成淺綠色。
• 鋅片放入硫酸銅溶液中【Zn+CuSO4====ZnSO4+Cu】現(xiàn)象：鋅片表面覆蓋一層紅色的物質(zhì)，溶液由藍(lán)色變成無色。
• 銅片放入硝酸銀溶液中【Cu+2AgNO3====Cu(NO3)2+2Ag】現(xiàn)象：銅片表面覆蓋一層銀白色的物質(zhì)，溶液由無色變成藍(lán)色。

3、金屬氧化物+ C或H2→ 金屬 + CO2或H2O

• 焦炭還原氧化鐵【3C+2Fe2O3==高溫==4Fe+3CO2↑】現(xiàn)象：紅色粉末變成黑色，澄清石灰水變渾濁。
• 木炭還原氧化銅【C+2CuO==△==2Cu+CO2↑】現(xiàn)象：黑色粉末變成紅色，產(chǎn)生的氣體可以使澄清石灰水變渾濁。
• 氫氣還原氧化銅【H2+CuO==高溫==Cu+H2O】現(xiàn)象：黑色粉末變成紅色，試管內(nèi)壁有水珠生成
• 氫氣與氧化鐵反應(yīng)【3H2+Fe2O3==高溫==2Fe+3H2O】
• 水蒸氣通過灼熱碳層【C+H2O(g)==高溫==CO+H2】（水煤氣的制法，不標(biāo)氣體符號(hào)）

參考資料

[1] 北京師范大學(xué)，華中師范大學(xué)，南京師范大學(xué)，無機(jī)化學(xué)教研室．《無機(jī)化學(xué)》（第四版）．高等教育出版社，2003

[2] 趙平. 氫氣還原氧化銅和碳還原 氧化銅都是吸熱反應(yīng)嗎? 化學(xué)教學(xué), 1989.

[3] 銅與濃鹽酸反應(yīng)不生成CuCl2的原因．CNKI [引用日期2015-12-07]

(本文章轉(zhuǎn)載自百度百科)