置换反应的分类、要点及应用

置换反应是无机反应中四类常见的反应类型之一，是熟练掌握元素化合物知识的重要途径，也是解析有关元素及化合物性质试题尤其是推断题的关键入手点。

根据置换反应中参加反应的单质和生成的单质的特点，将置换反应分为以下四类:

1、金属置换金属

(1)依据金属活动顺序表，用活泼性较强的金属置换活泼性较弱的金属，如Fe+CuSO4→FeSO4+Cu。

(2)通过铝热反应进行的置换，如2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe。

2、金属置换非金属

常见的典型反应有:2Na+2H2O→2NaOH+H2↑，2Al+6H+→2Al3++3H2↑，2Mg+CO2→2MgO+C，3Fe+4H2O(g)→Fe3O4+4H2等。

3、非金属置换金属

主要是还原性的非金属与金属氧化物的反应，如H2+CuO→Cu+H2O。

4、非金属置换非金属

利用非金属性较强的单质与化合物反应生成非金属性较弱的金属，常见的主要反应有:2F2+2H2O→4HF+O2、H2S+X2→2HX+S(其中X代表Cl、Br、I)、2H2S+O2→2H2O+2S、C+H2O(g)→CO+H2、2C+SiO2→Si+2CO↑等。

1、常见金属活动性顺序

金属活动性顺序的判断依据如下。

(1)在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性就越强。

(2)在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢。

(3)在金属活动性顺序里，位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来。

(4)在金属活动性顺序里，金属离子氧化性由弱逐渐增强。

K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ (H+) Cu2+ Hg2+ Fe3+ Ag+

(5)在金属活动性顺序里，金属原子还原性由强逐渐减弱。

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

2、金属与酸反应生成盐和H2

条件：①金属活动性 ②盐酸或稀硫酸(不包括氧化性的硝酸和浓硫酸)。

规律：①金属单质与酸中的氢元素，在金属活动性顺序表中，距离越远越先反应;②单质铁与酸发生置换反应时生成亚铁盐，不包括浓硫酸和硝酸。

3、金属和盐反应生成新的金属和新的盐

条件：①单质金属的活动性比盐中金属活动性强(K、Ca、Na除外);②盐：可溶。

规律：金属单质与盐溶液中的金属元素，在金属活动性顺序表中，距离越远越先反应。

1、同一种金属(K、Ca、Na除外)与盐的混合溶液都能发生置换反应时，盐中金属离子相对氧化性强的优先反应

例题：向一定质量的AgNO3和Fe(NO3)2的混合溶液中加入mg锌粉，充分反应后过滤，将滤渣洗涤、干燥后称量，得到的固体质量为mg。据此，下列说法不正确的是( )。

A、滤渣中的物质至少有两种

B、取反应后的滤液滴加稀盐酸，有白色沉淀产生

C、取滤渣滴加稀硫酸，一定有气泡产生

D、取反应后的滤液观察，滤液可能呈浅绿色

解析：因为AgNO3和Fe(NO3)2的混合溶液中，金属阳离子的氧化性Ag+ Fe2+，所以优先反应的顺序为：①Zn+2AgNO3→Zn(NO3)2+2Ag;②Zn+Fe(NO3)2→Zn(NO3)2+Fe。

向一定质量AgNO3和Fe(NO3)2的混合溶液中加入Zn，与两种溶质依次发生反应：

Zn+2AgNO3→Zn(NO3)2+2Ag

Zn+Fe(NO3)2→Zn(NO3)2+Fe

所以，析出银的过程是固体质量增加的过程，析出铁的过程是固体质量减少的过程。而反应前后固体质量都是mg，说明硝酸银被置换完了，硝酸亚铁也发生了置换反应，因此滤渣一定含有银和铁，可能含有锌;滤液一定含有硝酸锌，可能含有硝酸亚铁，一定没有硝酸银。

滤渣一定含有银和铁，可能含有锌，故A选项说法正确。取反应后的滤液滴加稀盐酸，没有白色沉淀产生，因为硝酸银完全被置换，故B选项错误。因为滤渣一定含有银和铁，可能含有锌，因此取滤渣滴加稀硫酸，一定有气泡产生，故C选项正确。滤液可能含有硝酸亚铁，因此滤液可能呈浅绿色，故D选项正确。

总结：一种活泼金属与几种金属盐溶液都能发生置换反应时，金属活动性最弱的金属优先被置换，直到反应完全后，活动性稍强的金属才能开始被置换，以此类推。

2、几种金属混合物(K、Ca、Na除外)与同一种盐溶液都能发生置换反应时，相对还原性较强的金属优先与盐溶液反应

例题：将锌粉和铁粉的混合物加入到盛有一定量硝酸银溶液的烧杯中，充分反应后过滤，将所得滤渣放入稀盐酸中，有气泡产生。下列说法错误的是( )。

A、滤液中最多含有两种溶质

B、滤液中一定含有Zn(NO3)2，可能含有Fe(NO3)2

C、滤渣里一定含有Fe和Ag，可能含有Zn

D、若反应后所得滤液呈无色，则滤渣中一定含有Fe和Ag，一定没有Zn

解析：根据金属原子的还原性排列为：Zn Fe H Ag，根据还原性最强的金属最先置换盐中氧化性最强的金属，所以优先反应顺序为：①Zn+2AgNO3→Zn(NO3)2+2Ag;②Fe+2AgNO3→Fe(NO3)2+2Ag。

锌优先和硝酸银反应，待锌反应完后，铁和硝酸银反应，将充分反应后过滤所得滤渣放入稀盐酸中，有气泡产生，说明滤渣中一定有铁和银，可能含有锌，滤液中一定没有硝酸银，一定有Zn(NO3)2，可能含有Fe(NO3)2。

由此可知：锌最先和硝酸银反应生成银和硝酸锌，若锌不能完全置换出银，则铁和硝酸银反应生成银和硝酸亚铁，硝酸银完全反应，因此滤液中最多含有两种溶质：硝酸锌和硝酸亚铁，故A选项正确。

滤液中一定没有硝酸银，一定含有Zn(NO3)2，可能含有Fe(NO3)2，故B选项正确;滤渣中一定有铁和银，可能含有锌，故C选项正确;若反应后所得滤液呈无色，说明铁没有和硝酸银反应，则滤渣中一定含有Ag和Fe，可能含有Zn，故D选项错误。

总结：几种活泼金属都与金属盐溶液发生置换反应时，最活泼的金属优先发生置换反应，直到此金属反应完全后，次活泼的金属才开始反应，以此类推。

3、几种金属混合物(K、Ca、Na除外)与同一种酸(盐酸或稀硫酸)都能发生置换反应时，相对还原性较强的金属优先与酸反应

例题：把铝、锌、铁3种金属同时放入足量的稀硫酸中发生反应的情况?请用化学方程式表示。

解析：根据还原性强弱排序为：Al﹥Zn﹥Fe﹥H，所以反应的优先顺序为：①2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2↑;②Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑;③Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑。

总结：几种金属混合物(K、Ca、Na除外)与同一种酸(盐酸或稀硫酸)都能发生置换反应时，最活泼的金属优先与酸(盐酸或稀硫酸)发生置换反应。