化合反应

多种物质生成一种物质的反应

化合反应( combination reaction )是指由两种或两种以上的物质结合而生成一种新物质的反应。 在判断一个化学反应是否是化合反应时,主要看反应物是不是两种或多种,而生成物则仅仅是一种。

根据反应物是 单质 或化合物,可将化合反应分为单质与单质、单质与化合物、化合物与化合物间的反应。 常见的化合反应有单质与氧的反应;单质与氢的反应; 金属与非金属的反应; 可溶性 氧化物 与水的反应; 酸性氧化物 与碱性氧化物的反应 以及多物质间的反应。

日常生活和工业生产中众多反应属于化合反应,比如,日常生活中用木碳作为燃料时,碳和氧的反应, 以及用二氧化碳与水化合制取 碳酸饮料 等。 在石化能源领域的化合反应如燃料电池中氢与氧的反应; 化学工业 领域,例如, 氮肥 硝酸铵 的生产, 氧化钙 消化, 化学气相沉积 以及橡胶的生产; 在 水净化 过程中,也存在化合反应。

定义

基本定义

化合反应是指由两种或两种以上的物质结合而生成一种新物质的反应。 化合反应没有特定的反应数目,两种反应物比较常见,此外,还有三种及以上反应物参与的反应。其通式为

由于反应物成键时会释放能量,所以化合反应通常是放热的。例如,燃烧放热碳和 氧气 反应

但是,并不是所有的化合反应都是 放热反应 。例如,碳和 二氧化碳 在高温下生成 一氧化碳 就是 吸热反应 。

判别

化合反应是一类非常普遍,同时又是十分重要的化学反应。它的基本特点是两种或多种物质互相结合,而形成一种产物。在判断一个化学反应是否是化合反应时,主要看反应物是不是两种或多种,而生成物则仅仅是一种。例如: 就是化合反应。

,该反应的反应物虽然达三种之多,但反应后的生成物则是两种而不是一种,所以,它不是化合反应。

化合反应与 氧化还原反应 没有必然联系,物质跟 氧气 发生的氧化反应,有的是化合反应,如磷在氧气中燃烧,生成的物质只有一种;有的不是化合反应,如 蜡烛 在氧气中燃烧,生成的物质不止一种。在化合反应中,有的是氧化反应,如 铁丝 在氧气中燃烧生成 四氧化三铁 ;有的不是氧化反应,如 氧化钙 和水化合生成 氢氧化钙 ;只有那些跟氧反应而且生成的物质只有一种的,才既是化合反应,又是氧化反应。

分类

根据反应物是 单质 或化合物,可以把化合反应分为以下几种类型:

单质与单质间的反应:例如,铜与 氯 燃烧生成 氯化铜 。

单质与化合物间的反应:例如,氯气与 氯化亚铁 反应生成 三氯化铁 。

化合物与化合物间的反应: 氨水 与 二氧化碳 反应生成碳酸氢氨。

常见反应

单质和氧的反应

氧是一种 化学 活动性较强的 非金属元素 ,它和绝大多数的金属和非金属元素都能化合,而生成相应的 氧化物 。

氧与非金属:例如,碳燃烧生成 二氧化碳 。

氧与金属:例如, 钠 与 氧气 生成 氧化钠 。

单质和氢的反应

氢是一种化学活动性较强的元素,也能和许多单质发生化合反应。它不仅易和许多非金属 单质 直接化合生成相应的 气态氢化物 ,而且还能和一些活动性强的金属元素(如锂、钠、钾、镁、钙等)直接化合生成相应的 金属氢化物 。

氢与非金属单质:例如, 氢气 与 氯气 在光照或点燃的情况下可发生剧烈反应生成 氯化氢 气体。

氢气与金属单质:例如,氢气与镁在高温 催化 下可生成 二氢化镁 。

金属与卤素反应

许多金属能与非金属 、氯、等直接化合成 无氧酸盐 。如金属 与氟生成 氟化钡 。

可溶性氧化物和水反应

凡是可溶性或微溶性的氧化物都能和水化合,生成相对应的 水化物 。如果是可溶或微溶于水的碱性氧化物和水直接化合后,生成的对应的水化物就是碱;如是可溶性的 酸性氧化物 和水化合,生成的对应的水化物则是 含氧酸 。

碱性氧化物与水反应:例如, 氧化钙 (生石灰)与水反应生成 氢氧化钙 (熟石灰)。

酸性氧化物与水反应:例如, 二氧化碳 与水反应生成 碳酸 。

酸性氧化物和碱性氧化物

大多数酸性氧化物与碱性氧化物之间可以反应生成 含氧酸盐 。其中碱性 氧化物 对应的碱碱性越强, 酸性氧化物 对应的酸酸性越强,两者越容易发生反应。 例如, 二氧化硅 与 氧化钙 反应生成 硅酸钙 。

多物质间的反应

例如, 碳酸钙 与二氧化碳的 水溶液 反应生成 碳酸氢钙 。

应用领域

石化能源领域

燃料电池的燃料是氢,根据化合反应定义,氢在燃料电池中和氧发生化合反应,从而产生 电能 给电动机工作提供支持。

化学工业领域

化学工业中存在很多化合反应,例如, 氮肥 硝酸铵 的生产。根据化合反应定义,在其生产过程中, 氨 与 硝酸 反应生成硝酸 属于化合反应:

又比如 生石灰 消化(又称熟化),制得 氢氧化钙 。

化学气相沉积 是一种材料表面改性技术,它是在不改变 基体 材料的成分和不削弱基体材料强度的条件下,赋予材料表面特殊的性能,满足工程的需要。 它主要通过挥发物气体分解或化合反应后在基体材料的表面沉积成膜,这种膜强化技术选用的基材广泛、适用面广。将化学气相沉积技术 嫁接 到 催化剂 制备工艺中, 能获得性能优良的催化剂。

十九世纪三十年代,在研究橡胶的生产时,人们将 苯乙烯 和 丁二烯 混合在一起进行化合反应,得到首个完全的 合成橡胶 。

水处理

在水处理中也存在化合反应,如 锅炉水处理 中常发生的化合反应有 :铁氧化生成铁锈以及 生石灰 加水生成 氢氧化钙 等。 在 水净化 过程中,会发生化合反应、酸碱反应等,并通过 吸附 、凝聚等作用使污染物质浓度降低。

日常生活

日常生活中也常存在化合反应。 比如,日常生活中用木碳作为燃料时,碳和氧就发生了化合反应; 放鞭炮时,鞭炮中的碳、 硫 可与氧气发生化合反应生成一氧化碳、 二氧化硫 。 又如,用二氧化碳与水化合制取 碳酸饮料 。 此外,人们平时做 豆豉 时,就是利用大豆所含 有机酸 和 脂肪酸 与发酵产生的醇类发生化合反应生成 类,产生豆豉的酯香。

参考资料

  1. 化合反应 术语在线 2024-01-15
  2. 化合反应 中国大百科全书 2024-01-16