1.4.2 化学反应的类型

依据反应物与产物的种类和数量划分，有4种典型的化学反应类型：化合反应，分解反应，置换反应，和复分解反应。


化合反应（Combination reaction）是两种或两种以上物质生成一种物质的反应。其通式为：

A+B → AB

常见的化合反应包括：

  • 氧化镁与二氧化碳结合生成碳酸镁 MgO+CO2→MgCO3
  • 红磷的燃烧 4P+5O2—点燃→2P2O5

化合反应一般有新键生成，所以化合反应一般是放热反应。


分解反应（Decomposition reaction）是一种物质分解成两个或多个物质的反应。其通式为：

AB → A+B 

常见的分解反应包括：

  • 碳酸分解 H2CO3→H2O+CO2↑
  • 高锰酸钾受热分解 2KMnO4—△→K2MnO4+MnO2+O2↑

分解反应一般都有键断裂，所以分解反应一般是吸热反应。


置换反应（Single displacement reaction），是一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的过程。其通式为：

A+BC → B+AC

常见的置换反应包括：

  • Fe+CuSO4 → Cu+FeSO4
  • Cl2+2NaBr → 2NaCl+Br2


如A单质比B单质更活泼（即A比B更不稳定，更容易发生反应），则置换反应可自发发生。

对于常见的金属单质，其活性顺序为：

K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Sn>Pb>H>Cu>Hg>Ag>Pt>Au 

即，K单质在所有金属单质中最活泼，Au单质最稳定。通常来说，K，Ca，Na可以与水反应生成氢气，Mg—Pb可以与酸反应生成氢气，Cu—Au不与酸反应。通常来说，位于元素周期表左下角的金属比右上角的金属更活泼，但也有反例（比如Zn和Cu）。

因为Mg比Cu活泼，所以Mg+CuSO4 → MgSO4+Cu 这个反应可以自发发生。而Cu+MgSO4 → CuSO4+Mg不能自发发生。


对于常见的非金属单质，其活性顺序为：

F2>Cl2>Br2>I2


  • 思考1：请依据金属或非金属的活泼性，判断以下反应是否可以自发发生：
    • Cu+H2SO4 →  H2+CuSO4
    • 2Al+3FeCl2 → 3Fe + 2AlCl3
    • Cl2+2NaI → 2NaCl + I2


复分解反应（Metathesis reaction，又名双置换反应），是两种化合物互相交换成分，生成另外两种结构相似的化合物的反应。其通式为：

AB+CD → AD+BC

常见的复分解反应包括：

Na2O+2HNO3 → 2NaNO3+H2O

H2SO4（过量）+NaCl —△→ HCl↑+NaHSO4

BaCl2+MgSO4 → BaSO4↓+MgCl2


复分解反应的产物能脱离体系时，即产物有气体↑，沉淀↓，或者弱电解质（即仅部分电离的物质，比如水，HgCl2，CH3COOH）时，复分解反应一般能自发发生。

  • 注：由于H2CO3能自发分解生成H2O和CO2，所以如果一个复分解反应产生了H2CO3，也会导致其自发发生。比如CaCO3+2HCl → CaCl2+H2O+CO2↑

  • 注2：其本质上是因为，产物能脱离体系，导致反应平衡不断向右移动。后续章节将对化学平衡进行进一步讨论。


此外，有机反应中也存在几种典型的反应类型，比如取代反应（Substituation reaction），加成反应（Addition reaction），消除反应（Elimination reaction）等等。《有机化学》中将对这些反应进行更深入的讨论。


注：除了合成，分解，置换和复分解反应之外，也存在其他类型的反应，比如甲烷燃烧：CH4+O2 —点燃→ H2O+CO2


  • 思考2：请判断以下反应分别属于哪种反应（注，也可能哪种反应都不是）：
    • 4HF+SiO2 → SiF4+2H2O
    • Na2CO3+H2O+CO2 → 2NaHCO3
    • 2Cl2+2Ca(OH)2 → CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
    • CO2+2Mg —点燃→ 2MgO+C
    • Cl2+PCl3 —△→ PCl5