一、原子守恒规则
根据质量守恒定律,在化学反应中,元素不会产生或消失,因此产物和反应物应该有相同的元素。因此在反应物存在的元素,一定存在于生成物中。这个定理可以帮助我们判断生成物的元素组成,进而判断相应的物质。此外,这个定理还可以表述为,相同元素的原子在生成物和反应物之间数目相等。因此根据原子比例关系,可以推断某些产物中的元素。
例1:CO?是常用的灭火剂,但金属镁着火却不能用CO?扑灭,因为镁能在CO?中燃烧,生成黑色的单质和白色的化合物两种固体,写出该反应的化学方程式。
【解析】反应物中有Mg、C、O三种元素,因此单质只可能是金属镁,氧气和碳,由于是黑色固体单质,所以是碳,另一种化合物是MgO,因此反应的化学方程式为2Mg+CO?=2MgO+C。
例2:已知将盐酸滴入高锰酸钾溶液中,产生黄绿色气体,而溶液的紫红色褪去。现有一氧化还原反应的体系中,共有KCl、Cl?、H?SO?、H?O、KMnO?、MnSO?、K?SO?七种物质,写出上述反应的化学方程式。
【解析】根据条件可以确定,盐酸和高锰酸钾是反应物,黄绿色气体氯气是生成物,根据原子守恒规律,MnSO?和K?SO?是生成物,从而得出硫酸是反应物,进一步得出水是生成物。2KMnO?+3H?SO?+10HCl=K?SO?+2MnSO?+5Cl?↑+8H?O。
二、升降价规则
在氧化还原化学反应中,化合价上升和化合价变化同时发生(有升必有降);若有两种元素同时升价(或降价),且两者不满足一定的比例关系(不在同一物质中),那么可能发生两个反应;
例1:历史上曾用“地康法”制氯气。该方法是用氯化铜作催化剂,在450℃利用空气中的氧气跟氯化氢反应制氯气,写出反应的化学方程式。
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【解析】氯化氢中氯元素升价得到氯气,则氧元素降价和氢得到水,因此反应为4HCl+O?=2H?O+2Cl?。例2:FeSO?在加热条件下能分解产生两种气体(均为硫元素的化合物)和一种固体,下列叙述错误的是
A.该混合气体能使BaCl?溶液变浑浊
B.该混和气体的溶液能使品红褪色
C.该固体溶于稀H?SO?后得浅绿色溶液
D.该固体溶于盐酸后的溶液加KSCN变红
【解析】根据气体这个特点,可知两种物质不含有铁元素,因此气体为二氧化硫和三氧化硫。硫酸亚铁中的硫为+6价,生成二氧化硫时发生降价,因此得知+2价的铁升价得到+3价的铁,因此C是错误的。
例3:在KI和H?SO?溶液中加入H?O?,放出大量不溶于水的无色气体(气泡从溶液内部放出),同时溶液呈紫红色,且可使淀粉变蓝,写出化学方程式________和_________。
【解析】根据现象可知有I?和O?生成,而且两者都是升价,因此至少发生两个反应,并根据物质化合价分析,降价的为H?O?中的O。所以反应为H?O?+2KI+H?SO?=K?SO?+I?↓+2H?O和2H?O?=2H?O+O?↑。
三、电子守恒规则
在氧化还原反应中,氧化剂得电子总数等于还原剂中失电子总数;每摩尔元素失去几个电子就升几价,得到几个电子就降几价。
例1:将20mL 0.5mol/L K?SO?溶液逐滴加入到20 mL 0.2mol/L KMnO?溶液(硫酸酸化)中,溶液恰好褪为无色。写出反应的离子方程式。
【解析】根据溶液褪色,可知KMnO?反应,且Mn处于最高状态,因此会降价;根据升降价规律,可知K?SO?会升价生成K?SO?(无提示时一般生成常见价态)。利用电子得失相等可知Mn降5价,为+2价Mn。因此离子方程式为5SO?2ˉ+2MnO?ˉ+6H?=5SO?2ˉ+2Mn2?+3H?O。
例2:化学上拉席希法制备肼是将NaClO和NH?按物质的量1:2混合,刚好反应生成NaCl、肼和水。肼是一种高能燃料。写出肼的化学式。
【解析】NaClO和NH?按物质的量1:2混合能刚好反应,可以写出NaClO+2NH?→NaCl+H?O可以推出肼中含有氮和氢,根据电子守恒可知N为-2价,因此化学式为N?H?(根据共价键的知识,可知判定NH?不能稳定存在)。
四、匹配性规则
生成物要与溶液环境相匹配,碱性条件下不应该存在氢离子,酸性条件下不应该存在氢氧根离子或者阳离子。
例1:硫酸亚铁在酸性条件下将MnO?还原为MnSO?,酸浸时发生的主要反应的离子方程式为_______________。
【解析】MnO?生成MnSO?为降价,则亚铁升价得到三价铁,注意左边多氧,而且溶液中存在氢离子(酸性),因此反应为MnO?+2Fe2?+4H?=Mn2?+2Fe3?+2H?O。
例2:一定量的氯气通入棕黄色的碘水中,碘水褪色,生成的产物中有无色的IO?ˉ,写出该反应的化学方程式 。
【解析】I?生成IO?ˉ为升价,则l氯气降价得到氯离子,可以得出Cl?+I?→Clˉ+IO?ˉ,注意右边多氧(和负电荷),因此反应物中存在水,因此反应为5Cl?+I?+6H?O=10HCl+2HIO?。
五、稳定性规则
生成物应该稳定存在,不与环境物质或者过量物质反应,也不能继续分解。对某些复杂反应,如果一步难以得到最终产物,可以认为反应是分步进行的,因此考虑到所推测的产物不是最终产物的可能性;在推断产物时考虑产物的稳定性或可反应性,得到稳定性高的产物;考虑产物与过量物质反应的可能性。
例1:已知在热的碱性溶液中,NaClO发生如下反应:3NaClO=2NaCl+NaClO?。在相同条件下NaClO?也能发生类似的反应,其最终产物是
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A.NaCl、NaClO
B.NaCl、NaClO?
C.NaClO、NaClO?
D.NaClO?、NaClO?
【解析】根据升降价规律,产物中必然有比NaClO?中Cl化合价高一级比NaClO?中Cl化合价低的,可排除AD。对于选项B,即使生成NaClO,由于该物质不稳定,可以继续分解,因此不是最终产物,因此答案是B。
例2:将过量NH?通入少量溴水中,有N?生成,反应的化学方程式为___________。
【解析】根据升降价规律,产物中有N?,必然会有HBr。由于氨气过量,且氨气能与HBr反应生成NH?Br,因此反应的化学方程式为8NH?+3Br?=6NH?Br+N?。