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化学反应

化学反应(chemical reaction)是指分子破裂成原子,原子重新排列组合生成新分子的过程,称为化学反应。在反应中常伴有发光发热变色生成沉淀物等,判断一个反应是否为化学反应的依据是反应是否生成新的分子。也可以通过化学键理论,根据一个变化过程中是否有旧键的断裂和新键的生成来判断其是否为化学反应。

化学反应
化学反应的本质

  化学反应的本质应当是从微观的角度对化学过程所作的解释;应当有对化学过程的描述,化学过程的描述不仅应该有始态、终态,还应当有过渡态。

  反应物化学键的断裂,生成物化学键的形成,是常用的一种表述。这种表述,只描述了化学过程的始态和终态,而没有描述化学过程的过渡态。“化学反应并不是通过反应物分子的简单碰撞就能完成的,而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态,处于过渡态的分子叫活化配合物。活化配合物是一种高能量的反应物原子组合体,它能较快地分解为新的能量较低的较稳定的生成物。”

  反应物分子形成的“活化配合物”是对过渡态的描述。“活化配合物”是极不稳定的,一经形成就会分解,它既可以分解为生成物,也可以分解为反应物。因此,化学反应的本质应当是反应物分子化学键逐步断裂,生成物分子化学键逐渐形成,经活化配合物最终转变为生成物分子的过程。

  简单地说:新物质生成的实质是反应物分子化学键的断裂,生成物分子化学键的形成,化学键的断裂与生成是化学反应中有能量变化的主要原因。

 

化学反应的本质
化学反应类型

  一般分为四种基本反应类型:化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应。

  化合反应:

  化合反应简而言之即为“多变一”,意指由两种或两种以上的物质生成一种新物质的反应。典型例子有:单质+单质=化合物,例:3Fe+2O2=Fe3O4;单质+化合物=化合物,例:2CO+O2=2CO2;化合物+化合物=化合物,例:CaO+H2O=Ca(OH)2

  分解反应:

  分解反应简而言之即为“一变多”,意是指一种化合物分解成二种或二种以上较简单的单质或化合物的反应。典型例子有:化合物=单质+单质,例:2H2O=2H2↑+O2↑;化合物=单质+化合物,例:2H2O2=2H2O+O2↑;化合物=化合物+化合物,例:CaCO3=CaO+CO2↑。

  置换反应:

  置换反应简而言之即为“单换单、价改变”。意指单质与化合物反应生成另外的单质和化合物的化学反应。典型的有金属与金属盐的反应,金属与酸的反应等,例如:Fe+CuSO4=Cu+FeSO4、Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑,除此之外,一些金属的冶炼也会用到置换反应,例如:H2+CuO=Cu+H2O。

  复分解反应:

  复分解反应简而言之即为“化换化、价不变”。意指由两种化合物互相交换成分,生成另外两种化合物的反应,其实质是:发生复分解反应的两种物质在水溶液中相互交换离子,结合成难电离的物质——沉淀、气体、水,使溶液中离子浓度降低,化学反应即向着离子浓度降低的方向进行,可简记为AB+CD=AD+CB。典型反应有酸与碱、酸与盐、碱与盐、盐与盐等,例:HCl+NaOH=NaCl+H2O、CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑、Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH、NaCl+AgNO3=AgCl↓+NaNO3

  并不是所有的化学反应都可以分类在四种化学反应类型,有许多反应不属于这四种反应类型。例如:有机物与氧气的反应;一氧化碳还原金属氧化物生成金属单质和二氧化碳;非金属氧化物和碱生成盐和水;光合作用等。

  在化学反应前后,物质所含元素化合价发生变化的反应称为氧化还原反应,氧化还原反应与化学反应基本类型间的关系如图所示:

化学反应基本类型.jpg

  当我们掌握了这四种基本反应类型,就可以按照实际需求去制取所需要的物质。除此之外,“绿色化学”是21世纪化学发展的主导方向,也是社会进步对化工生产,材料合成等方面提出的强烈要求,这就要求从根本上杜绝污染。它包括“原料绿色化”、“产品绿色化”等内容,其中“化学反应绿色化”要求物质中的所有原子完全被利用,全部转入期望的产品中,这就需要充分利用化合反应的思想。用理论以指导实践,是走创新科研,绿色兴国道路的重要思想风向标。

 

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