化学反应的基本特征

火柴划过盒子侧面的一刹那，磷与氧气发生反应，瞬间产生火焰；铁钉泡在盐水里，几天后表面长出一层红褐色铁锈；把小苏打和白醋混在一起，立刻冒出大量气泡。这些都是化学反应，但它们的速度、条件、释放或吸收的能量各不相同。前面已经知道，化学变化的核心是“产生新物质”，但一个完整的化学反应远不止于此——它还有参与者、需要条件、伴随能量变化、有快有慢。把这些特征弄清楚，才算真正理解了化学反应。

反应物与生成物：谁参与了反应

每一个化学反应都涉及两类物质：参与反应的物质和反应后产生的物质。化学上把参与反应、在反应中被消耗的物质叫做反应物，把反应后新生成的物质叫做生成物。

以木炭在氧气中燃烧为例：

木炭（$\text{C}$）和氧气（$\text{O}_2$）是反应物，二氧化碳（$\text{CO}_2$）是生成物。反应物在反应过程中被消耗，生成物在反应过程中产生。

再看一个例子，铁在氧气中燃烧：

铁（$\text{Fe}$）和氧气（$\text{O}_2$）是反应物，四氧化三铁（$\text{Fe}_3\text{O}_4$）是生成物。注意，铁在氧气中燃烧生成的是黑色的 $$，而不是日常见到的红色铁锈（），这是两种完全不同的物质。

例题

硫磺（$\text{S}$）在空气中点燃后发出蓝紫色火焰，生成一种有刺激性气味的气体——二氧化硫（$\text{SO}_2$）。请写出这个反应的反应物和生成物，并用化学方程式表示。

反应物：硫（$\text{S}$）、氧气（$\text{O}_2$）；生成物：二氧化硫（$\text{SO}_2$）。

硫燃烧时，$\text{S}$ 和 $\text{O}_2$ 被消耗，$\text{SO}_2$ 被生成。正是这个反应，使得燃烧含硫煤炭的地方空气中会出现刺激性气味。

化学反应的条件：让反应发生的“钥匙”

生活中，不是所有物质放在一起就会发生反应。纸张和空气接触千年也不燃烧，但一旦用火点燃，瞬间就会猛烈燃烧。铁块放在干燥的空气中不会生锈，但放在潮湿环境中就会慢慢锈蚀。这说明，化学反应的发生往往需要一定的条件。

常见的反应条件有以下几种：

以双氧水（$\text{H}_2\text{O}_2$）分解为例：

双氧水在常温下会缓慢分解，但加入少量二氧化锰（$\text{MnO}_2$）后，分解速度大大加快，迅速放出大量氧气。这里的 $\text{MnO}_2$ 就是催化剂——它加快了反应速度，但反应前后自身的质量和化学性质不变。

例题

石灰石（主要成分为碳酸钙 $\text{CaCO}_3$）在高温条件下会分解，生成生石灰（氧化钙 $\text{CaO}$）和二氧化碳（$\text{CO}_2$）。请写出该反应，并说明其反应条件。

该反应的条件是高温。在常温下，石灰石非常稳定，不会分解；只有在高温（约 $900°\text{C}$ 以上）时，$\text{CaCO}_3$ 才会发生分解。工业上的石灰窑，就是利用这个原理将石灰石烧制成生石灰，用于建筑材料。

化学反应中的能量变化：放热与吸热

用手轻轻触碰刚点燃的酒精灯附近，能感受到热量；而在冰块里加入化肥硝酸铵（$\text{NH}_4\text{NO}_3$），混合物的温度会明显下降。这说明化学反应不仅仅是物质的转化，还伴随着能量的变化。

化学反应中的能量变化分为两大类：

放热反应

燃烧是最常见的放热反应。碳、氢、氧等元素在燃烧时与氧气反应，释放大量热能。人们利用这个特性取暖、做饭、驱动机器。

生石灰（$\text{CaO}$）遇水也是典型的放热反应，会产生大量热，甚至使水沸腾：

吸热反应

有些反应需要从外界“借”热量才能进行。碳酸氢铵（$\text{NH}_4\text{HCO}_3$）受热分解是典型的吸热反应：

硝酸铵溶于水时，溶液温度会明显下降，因为溶解过程吸收了热量。

例题

化学暖贴（俗称“暖宝宝”）的发热原理是铁粉（$\text{Fe}$）在空气中缓慢氧化，与氧气和水反应生成铁锈（氧化铁 $\text{Fe}_2\text{O}_3$）：

这个反应是放热反应还是吸热反应？为什么暖宝宝在密封袋里不会发热，打开后才开始变热？

铁粉氧化是放热反应。密封袋隔绝了氧气，铁粉无法与氧气接触，反应无法发生；打开袋子后，铁粉接触到空气中的氧气和水分，开始缓慢氧化，不断释放热量，使暖贴温度升高，达到保暖效果。

化学反应的快与慢

把铁钉放进稀盐酸，很快就能看到气泡；把同样重量的铁块放入同浓度的盐酸，气泡出现得更慢。不同的化学反应，速度差别悬殊——有的在瞬间完成，有的需要数年时间。

影响化学反应速率的因素主要有以下几种：

反应速度的两个极端

有些反应极快：爆炸物的爆炸反应在千分之几秒内完成，瞬间释放大量气体和热量；中和反应（酸与碱）在溶液中几乎瞬间完成。

有些反应极慢：钢铁在空气中缓慢生锈，需要数天到数年；石灰岩被水中的碳酸缓慢溶解形成钟乳石，需要数十万年。

例题

同学甲将一块大理石（$\text{CaCO}_3$）整块投入稀盐酸中，同学乙将同等质量的大理石研磨成粉末后投入等量等浓度的稀盐酸中。

练习题

选择题

第1题　【反应物与生成物的识别】

铝（$\text{Al}$）在氧气中燃烧，发出耀眼白光，生成白色固体氧化铝（$\text{Al}_2\text{O}_3$）：$4\text{Al} + 3\text{O}_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2\text{Al}_2\text{O}_3$。下列说法正确的是：

A. 铝是该反应的生成物，氧化铝是反应物

B. 反应物是铝和氧气，生成物是氧化铝

C. 该反应的条件是加热，催化剂是氧气

D. 氧化铝和铝是同一种物质，只是形态不同

第2题　【反应条件的判断】

下列关于化学反应条件的说法，正确的是：

A. 催化剂在反应后被全部消耗，所以用量越多越好

B. 点燃和加热是同一个意思，可以互换使用

C. 催化剂能加快反应速率，但反应前后催化剂的质量和化学性质不变

D. 只要两种物质接触，就一定会发生化学反应

第3题　【放热反应与吸热反应】

下列现象中，对应的化学反应属于放热反应的是：

A. 将硝酸铵固体加入水中，用手触摸容器，感觉容器变凉

B. 碳酸氢铵放在锅里加热，产生刺激性气味气体，锅内物质减少

C. 用燃气灶点燃天然气做饭，火焰持续放出热量

D. 将冰块放入饮料中，饮料温度下降

第4题　【影响反应速率的因素】

某同学将锌粒（$\text{Zn}$）加入稀硫酸（$\text{H}_2\text{SO}_4$）中，观察到产生气泡：$\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2\uparrow$。下列操作能明显加快产生气泡速度的是：

A. 将稀硫酸换成更稀的硫酸溶液

B. 将锌粒换成同等质量的锌粉

C. 适当降低反应体系的温度

D. 减少加入的锌的质量

计算题

第5题　【反应物与生成物的质量关系】

加热氯酸钾（$\text{KClO}_3$）时，在二氧化锰（$\text{MnO}_2$）的催化作用下，氯酸钾分解生成氯化钾（$\text{KCl}$）和氧气（$\text{O}_2$）：

已知：$\text{K}$ 的相对原子质量为 $39$，$\text{Cl}$ 的相对原子质量为 $35.5$，$\text{O}$ 的相对原子质量为 $16$。

（1）$\text{KClO}_3$ 的相对分子质量是多少？

（2）取 $24.5\text{ g}$ 的 $\text{KClO}_3$ 完全分解，理论上能生成氧气多少克？

（3）在这个反应中，$\text{MnO}_2$ 是反应物还是生成物？

第6题　【综合分析：能量变化与反应速率】

某工厂用锌（$\text{Zn}$）与稀硫酸（$\text{H}_2\text{SO}_4$）反应制备氢气（$\text{H}_2$）：

已知：$\text{Zn}$ 的相对原子质量为 $65$，$\text{H}$ 的相对原子质量为 $1$，$\text{S}$ 的相对原子质量为 $32$，$\text{O}$ 的相对原子质量为 $16$。

（1）该反应的反应物和生成物分别是什么？

（2）取 $13\text{ g}$ 的锌与足量稀硫酸完全反应，理论上能得到氢气多少克？

（3）工人发现提高硫酸浓度后，气泡产生速度明显加快，但最终氢气产量取决于什么？

$\text{KClO}_3$ 的相对分子质量为 $122.5$。

（2）根据反应方程式建立质量比：

$2$ 个 $\text{KClO}_3$ 的相对质量 $= 2 \times 122.5 = 245$

$3$ 个 $\text{O}_2$ 的相对质量 $= 3 \times 32 = 96$

建立比例关系，设生成 $\text{O}_2$ 的质量为 $x$：

理论上能生成氧气 $\boxed{9.6\text{ g}}$。

（3）$\text{MnO}_2$ 是催化剂，既不是反应物也不是生成物。它写在反应箭头上方，表示反应条件。反应前后 $\text{MnO}_2$ 的质量和化学性质都不改变，不被消耗也不被生成。

（2）根据反应方程式建立质量比：

$\text{Zn}$ 的相对原子质量 $= 65$

$\text{H}_2$ 的相对分子质量 $= 1 \times 2 = 2$

建立比例关系，设生成 $\text{H}_2$ 的质量为 $x$：

理论上能得到氢气 $\boxed{0.4\text{ g}}$。

（3）提高硫酸浓度能加快反应速率（气泡更快），但最终氢气的产量取决于参与反应的锌的总质量（锌是“足量”的对立面，题中锌只有 $13\text{ g}$，是限量的）。反应速率影响的是“快慢”，不影响“多少”——只要锌全部参与了反应，最终产生的氢气总量始终是 $0.4\text{ g}$，不因浓度变化而改变。